Stratégie scientifique de Météo-France 2013-2020

Stratégié sciéntifiqué dé Météo-Francé
2013-2020
Sommaire
Introduction ............................................................................................................................. 2
Attentes de la société en matière de services météorologiques et climatiques ........................... 4
Orientations structurantes et cibles temporelles ....................................................................... 7
Poursuivre la convergence entre les modèles de prévision du temps et du climat ....................... 7
Améliorer la représentation des processus physiques et des couplages........................................ 8
Augmenter régulièrement la résolution de tous les systèmes de prévision................................... 9
Généraliser l’utilisation des techniques d’ensembles ................................................................... 10
Maîtriser l’utilisation et l’évolution des systèmes opérationnels d’observation .......................... 11
Evaluer l’impact des activités humaines sur le climat ................................................................... 13
Explorer la prévisibilité du climat à l’horizon infra-saisonnier à décennal ................................... 14
Politique de communication ....................................................................................................16
Politique de partenariat ...........................................................................................................17
Organisation, ressources, infrastructures .................................................................................21
Mise en œuvre de la stratégie ..................................................................................................24
Recherche amont et campagnes de mesures ............................................................................... 24
Développement de l’instrumentation pour la recherche ............................................................. 26
Amélioration des systèmes de prévision....................................................................................... 27
Développement de l’expertise sur les systèmes opérationnels d’observation ............................ 29
Généralisation et amélioration des prévisions d’ensemble .......................................................... 32
Mise en synergie des travaux sur la qualité de l’air et l’interaction chimie-climat....................... 32
Développement des modèles de climat ........................................................................................ 34
Contribution aux réanalyses .......................................................................................................... 35
Recherches sur la variabilité et la prévisibilité climatique ............................................................ 36
Contribution au GIEC et aux services climatiques ......................................................................... 37
Liste des sigles et abréviations .................................................................................................39
1
Introduction
Météo-France a pour mission de surveiller l’atmosphère, l’océan superficiel et le manteau neigeux,
d’en prévoir les évolutions et de diffuser les informations correspondantes. Il exerce les attributions
de l’Etat en matière de sécurité météorologique des personnes et des biens. Son activité scientifique
a pour finalité première l’amélioration continue des services météorologiques et climatiques
demandés par la société et les pouvoirs publics.
Cette activité a permis à l’établissement d’acquérir une forte visibilité internationale grâce à la
qualité de ses prévisions opérationnelles du temps et de ses analyses du changement climatique.
Pour autant, elle n’est pas limitée à un ensemble de développements finalisés. Bien au contraire, la
démarche cognitive « amont » y occupe une large place, ce qui a permis à l’établissement d’acquérir
également une reconnaissance académique de premier plan et de jouer un rôle moteur dans le
développement de nouvelles thématiques, de nouvelles structures de recherche, et de grandes
campagnes de mesures internationales.
Sur le plan des structures, l’activité est essentiellement conduite au sein d’unités mixtes de
recherche ou de service, en partenariat avec le CNRS et les universités, ainsi que dans les sociétés
civiles CERFACS et Mercator Océan, dont l’établissement est membre fondateur. Ces unités
participent avec un succès notable aux appels à propositions de recherche de l’ANR et de la
Commission Européenne. Elles contribuent largement à la formation dans les Ecoles d’ingénieurs et
les masters de leur spécialité. Elles sont évaluées au meilleur niveau par l’AERES. Cette politique sera
encore accentuée dans les prochaines années, en poursuivant le rapprochement avec les universités
dans le cadre des Observatoires des Sciences de l’Univers sur les sites de Toulouse, Grenoble, La
Réunion, Lannion et Brest, ainsi qu’une forte coopération avec l’IPSL.
Sur le plan des thématiques, l’importance des interactions entre les différents compartiments de
l’environnement que sont l’atmosphère, l’océan, la cryosphère, les sols et la biosphère conduit
l’établissement à reconnaître de manière croissante la nécessité d’une recherche systémique
englobant l’ensemble de ces compartiments, notamment pour aborder les défis du changement
climatique. Météo-France développe donc des programmes de recherche sur les aspects physiques
et chimiques de l’atmosphère et de l’océan, sur les échanges d’énergie et de matière entre
l’atmosphère, l’océan et les sols, sur le bilan global du carbone, le manteau neigeux et la banquise.
Pour autant, l’établissement ne cherche pas à créer en interne la totalité des outils (systèmes
d’observation, modèles numériques) nécessaires pour ces études. Il promeut des collaborations avec
les meilleurs acteurs de chaque domaine pour mutualiser les développements et élargir ses horizons
scientifiques.
Météo-France occupe une place privilégiée à l’intersection entre la recherche finalisée et la
recherche amont, avec des missions allant de l’observation à la prévision opérationnelle du temps,
de la conservation de la mémoire du climat à la prévision des climats futurs. L’établissement
bénéficie donc d’opportunités uniques pour orienter les recherches d’une vaste communauté
scientifique, transférer rapidement ses résultats de recherche originaux vers ses outils opérationnels,
valoriser les résultats de ses partenaires académiques, diffuser à l’international les innovations les
plus marquantes, et contribuer à la diffusion de la culture scientifique et technique vers le grand
public.
2
Météo-France est donc bien positionné pour inscrire son activité de recherche dans un contexte
marqué par la mise en place de la nouvelle Stratégie Nationale de Recherche et de la prospective
« Horizon 2020 » de la Commission Européenne, qui mettent les défis sociétaux, particulièrement la
gestion sobre des ressources et l’adaptation au changement climatique, au cœur de la
programmation de la recherche. L’établissement est également à même de faire des contributions
marquantes au Cadre Mondial des Services Climatiques mis en œuvre par l’Organisation
Météorologique Mondiale, tout en mobilisant l’ensemble des compétences nationales sur ce sujet. Il
peut enfin contribuer aux objectifs du programme « Future Earth » de l’lCSU, qui va impulser une
collaboration nouvelle entre les Sciences Humaines et les Sciences de la Planète, au service du
développement durable.
L’activité scientifique de Météo-France occupe une place privilégiée au sein de l’établissement
public. Elle est en effet la source du dynamisme de ce dernier et de sa capacité à se renouveler tout
en améliorant sans cesse la qualité de ses produits opérationnels et en ouvrant de nouveaux
chantiers pour répondre aux attentes de la société et des pouvoirs publics.
Dans ce contexte, il est apparu nécessaire de revisiter la stratégie scientifique pour les prochaines
années afin de s’assurer qu’elle était en bon accord avec la dynamique scientifique internationale et
les besoins de l’établissement tels qu’ils sont établis dans son contrat d’objectif avec l’Etat.
Le présent document dresse un état des lieux des principales attentes en matière de météorologie et
de climat en les reliant aux questions scientifiques ouvertes. Il dessine ainsi la perspective
scientifique générale pour l’activité de Météo-France à l’horizon 2020. Il précise les principaux choix
de priorité effectués par l’établissement en termes de domaines de développement ainsi que les
moyens envisagés pour atteindre les objectifs associés (partenariat, outils, …). Il ne s’agit pas d’un
plan de développement, ni d’une description détaillée des actions, tous éléments que l’on trouvera
dans le contrat d’objectifs ou les plans d’action détaillés. En revanche, cette stratégie pose le cadre
du travail scientifique des prochaines années en soulignant les points sur lesquels Météo-France
entend se mobiliser, mais aussi susciter l’intérêt de la communauté scientifique et de ses partenaires.
3
Attentes de la société en matière de services météorologiques et
climatiques
Météo-France développe son action dans un environnement où les attentes envers la science
météorologique et climatique, et ses applications, sont sans cesse croissantes. L’activité de
l’établissement public se fonde sur deux piliers en étroite interaction, les services météorologiques et
les services climatiques. Pour apporter une contribution significative, il est essentiel en amont des
activités opérationnelles de disposer d’une capacité de recherche de premier plan. Cette section vise
à recenser les principales interrogations et attentes qui s’expriment afin de les utiliser pour orienter
le questionnement scientifique.
Services météorologiques
La sécurité des personnes et des biens, les transports, et plus généralement de nombreux secteurs
d’activité sont très sensibles aux risques1 météorologiques et climatiques. L’augmentation régulière
de la qualité des observations et des prévisions météorologiques qui a marqué les trois dernières
décennies2 a engendré des attentes croissantes des pouvoirs publics et des usagers des services
météorologiques. L’opinion publique considère maintenant que les intempéries doivent être
annoncées avec un temps d’anticipation suffisant pour que leurs impacts soient minimisés par des
mesures prises à bon escient.
Dans ce contexte, les situations à fort enjeu pour Météo-France sont liées non seulement à des
conditions météorologiques ou climatiques extrêmes, mais aussi à tout événement où la
connaissance précise des conditions environnementales est susceptible d’influencer la gestion d’une
crise ou des décisions à impact économique très notable.
A titre d’exemple, on peut citer les épisodes « Cévenols » de l’arc méditerranéen, qui donnent lieu à
des pluies intenses et très localisées, pouvant provoquer des crues dévastatrices des rivières côtières.
Il s’agit alors d’annoncer plusieurs heures à l’avance le niveau de risque, en étant le plus précis
possible sur la localisation, la chronologie et l’importance des précipitations et des crues. De forts
enjeux de sécurité sont également attachés à toutes les situations de vent fort (tempêtes, orages)
pour lesquelles la valeur et la localisation des rafales maximales doivent être annoncées avec la
meilleure précision possible, car les impacts en dépendent directement. En 2010, la tempête Xynthia
a ainsi mis en lumière les impacts dramatiques de submersions côtières causées par de très fortes
vagues et surcotes marines.
Ces événements extrêmes concernent également les outre-mer, avec une mention particulière pour
le risque de cyclone tropical, notamment dans l’Océan Indien ou Météo-France assure la prévision
cyclonique au profit de tous les états de la région3, et d’autres enjeux de prévisions outre-mer
comme les épisodes de fortes précipitations.
Parmi les autres phénomènes météorologiques à fort impact sociétal, on peut citer :
1
Dans tout ce document, on emploie le mot « risque » dans son sens courant d’ « aléa », et non pour exprimer
le croisement de l’aléa et de la vulnérabilité.
2
Le gain moyen a été d’un jour de qualité de prévision tous les dix ans.
3
Météo-France est désigné Centre Météorologique Régional Spécialisé pour l’Océan Indien par l’Organisation
Météorologique Mondiale.
4
-
les épisodes de canicule ou de grand froid qui engendrent des risques significatifs pour la
santé publique ;
-
les situations de faible visibilité sur les grands aéroports, où des prévisions plus précises des
heures de formation et de dissipation du brouillard sont notamment attendues ;
-
les précipitations neigeuses en plaine, qui peuvent avoir des impacts considérables sur la
circulation routière et ferroviaire, même pour des hauteurs de neige très modestes;
-
les épisodes avalancheux et les crues nivo-glaciaires en montagne ;
-
les gelées printanières et la grêle pour leurs impacts sur l’agriculture ;
-
les pics de pollution atmosphérique ;
-
les incendies de forêt, pour lesquels l’établissement évalue le risque et intervient en appui à
la lutte contre le feu, ce qui demande des prévisions très précises de direction et vitesse du
vent ;
-
enfin les sécheresses, qui engendrent une forte demande sur le diagnostic de sévérité et la
prévision éventuelle de fin de l’épisode.
Hors du strict champ de la météorologie, il faut mentionner les éruptions volcaniques, les accidents
nucléaires, biologiques ou chimiques, ou les épisodes de pollution marine, qui donnent lieu au suivi
et à la prévision de la dispersion des espèces dangereuses pour la navigation aérienne ou la santé. La
problématique de la combinaison des risques naturels et industriels fait l’objet d’une attention
soutenue suite à l’accident nucléaire de Fukushima.
Pour les besoins du transport aérien et de la défense, une forte demande existe pour définir et
mettre en œuvre des systèmes d’observation et de prévision numérique dédiés pour les grandes
plates-formes aéroportuaires ou les théâtres d’opérations, couvrant des aspects précis du risque
météorologique, comme le cisaillement de vent, la durée de vie des tourbillons de sillage, ou la
visibilité en présence de poussières désertiques.
Enfin, la poursuite de la croissance des grandes agglomérations, qui concentrent maintenant
l’essentiel de la population et des activités, conduit aussi à apporter plus d’attention aux conditions
météorologiques et climatiques en zone urbaine, et à développer des programmes spécifiques.
Services climatiques
La réalité du changement climatique est maintenant bien attestée. Elle amène une prise de
conscience croissante des mesures d’atténuation et d’adaptation nécessaires pour prévenir des
crises climatiques. Une première liste de ces mesures a été officialisée dans le cadre du Programme
National d’Adaptation au Changement Climatique adopté en 20114.
Cette évolution renforce les attentes de la société pour des services météorologiques de très haute
qualité. Elle engendre aussi de nouveaux besoins d’information pour guider l’adaptation de notre
économie aux climats du futur. Dans ce contexte, les missions traditionnelles de Météo-France dans
4
Voir http://www.developpement-durable.gouv.fr/Le-Plan-national-d-adaptation,22978.html
5
le domaine du climat, comme la recherche sur les processus de base et l’évolution du climat, la mise
en œuvre des réseaux d’observation, le contrôle, l’archivage et la mise à disposition des observations
climatologiques, le signalement et l’interprétation des phénomènes exceptionnels, prennent une
nouvelle dimension et se fondent dans un ensemble plus vaste : les services climatiques.
Les enjeux des services climatiques sont multiples. Météo-France, fort de sa compétence sur la
modélisation du climat et la physique de l’atmosphère, doit naturellement contribuer au débat
mondial sur l’atténuation du changement climatique, notamment en alimentant les travaux du GIEC,
en contribuant à l’éducation du public par une politique de communication active, et en promouvant
par des offres de services innovants le développement des énergies renouvelables météo-sensibles.
Mais l’établissement doit également développer une nouvelle gamme de services d’information sur
les climats présents et futurs. Il doit notamment se donner les moyens d’évaluer régulièrement les
tendances climatiques observées et de diffuser ces informations en les situant dans le contexte du
changement climatique ; de qualifier en temps réel toutes les anomalies climatiques observées, en
les situant par rapport aux anomalies de même nature enregistrées dans les archives (détection du
changement climatique) ; enfin de préciser le lien éventuel de ces anomalies avec le changement
climatique anthropique (attribution du changement climatique).
Concernant le climat futur, l’objectif doit être de fournir les informations les plus pertinentes pour
des horizons allant de la saison au siècle, à l’échelle des territoires, en se fondant sur l’ensemble des
projections validées par le GIEC, et en indiquant les marges de confiance. En ce qui concerne
l’horizon saisonnier, Météo-France peut déjà s’appuyer sur son système de prévision saisonnière
dont la performance s’inscrit au meilleur niveau international. Mais il existe aussi une forte demande
pour l’horizon décennal (3-30 ans), que l’état de la science ne permet pas de satisfaire, et qui oriente
les recherches de l’établissement.
L’établissement doit aussi contribuer à analyser et à réduire les impacts du changement climatique
sur les différents secteurs d’activité, notamment l’agriculture, l’énergie, les transports,
l’aménagement du territoire, et apporter son appui à toutes les parties prenantes pour aborder ces
questions particulièrement complexes.
Enfin, on peut s’attendre à un intérêt croissant pour la géo-ingénierie, c’est-à-dire les diverses
techniques qui pourraient permettre d’atténuer le changement climatique par une manipulation de
notre environnement. La France doit développer son expertise sur ces questions pour être capable
de participer aux discussions internationales qui se tiendront autour de ces idées et des risques
associés. L’établissement ne peut rester absent de cette thématique, dès lors qu’il développe un
modèle numérique du système Terre et que l’appui aux politiques publiques sur l’adaptation au
changement climatique fait partie de ses missions.
Le développement des services climatiques fera l’objet d’une vive compétition internationale. Il
s’agit aussi d’un enjeu de souveraineté nationale. Il s’inscrira dans le Cadre Mondial des Services
Climatiques (CMSC) qui a été créé en 2012 par les Nations-Unies et confié à l’Organisation
Météorologique Mondiale5.
5
Voir http://www.wmo.int/pages/gfcs/index_en.php
6
Orientations structurantes et cibles temporelles
Pour répondre pleinement aux attentes de la société, il est nécessaire de faire progresser les
connaissances de base sur le système Terre et de développer les outils d’observation et de simulation
numérique. Cette section analyse les principaux défis scientifiques ou techniques à relever, et la
réponse que Météo-France y apportera, tant par la poursuite d’actions déjà engagées que par le
démarrage d’initiatives nouvelles.
Poursuivre la convergence entre les modèles de prévision du temps et du climat
Depuis une dizaine d’années, on observe une remarquable convergence des méthodes et
questionnements scientifiques pour la prévision du temps et du climat. La prise en compte de plus en
plus complète des interactions entre les différents compartiments de l’environnement est devenue
nécessaire et conduit, au-delà des différences d’échelles temporelles et spatiales, à une similitude
technique croissante entre les outils de modélisation du temps et du climat, ce qui permet
d’envisager des économies de développement et de maintenance des codes. L’utilisation de plus en
plus poussée des observations in situ et par satellite pour initialiser et valider les modèles
numériques est une autre source de convergence entre les domaines de la météorologie et du
climat. Enfin, la multiplication des systèmes de prévision (courte échéance, moyenne échéance,
prévision mensuelle, prévision saisonnière, chacune ayant ses propres cadences de rafraichissement)
pose la question de la lisibilité et de la compatibilité des différents produits de prévision pour les
usagers. Ces tendances générales conduisent les services météorologiques à mettre en avant le
concept de prévisions « sans discontinuité »6, que l’on peut décrire comme la mise en compatibilité
des prévisions aux différentes échéances, aux points de vue de leur conception de base, de leur
contenu et de leur format.
Météo-France a engagé depuis longtemps cette évolution en favorisant une forte convergence entre
ses modèles de prévision du temps et de climat, avec succès puisque ses modèles globaux ARPEGE et
ARPEGE-Climat sont maintenant très proches et son modèle sur domaine limité AROME est
développé dans un même cadre logiciel et partage avec les précédents une grande partie des codes.
L’établissement fait partie des premiers services qui ont adopté cet objectif. Pour autant, cet effort
n’est ni terminé, ni aisé à poursuivre. Le spectre d’échelles, de processus et d’utilisations à couvrir est
de plus en plus large, avec le développement de la prévision à l’échelle des phénomènes convectifs
individuels, et le couplage avec la composition de l’atmosphère. L’usage croissant de modules
développés initialement dans des cadres différents exige des efforts importants pour garantir la
compatibilité et la versatilité des différentes options.
 De nouveaux efforts de rationalisation des codes seront consentis pour poursuivre
l’élaboration d’un ensemble durable et unifié au service de la prévision du temps et du
climat.
 L’approche d’unification des codes sera étendue au domaine de la chimie de l’atmosphère.
Une nouvelle bibliothèque commune de codes7 pour la prévision de la qualité de l’air et
l’étude des interactions chimie-climat sera développée et progressivement substituée aux
6
7
« Seamless forecasts » en anglais
SUGAR, pour Système Unifié de Gestion des Aérosols et gaz Réactifs
7
outils actuels. Elle intégrera des avancées provenant de l’ensemble de la communauté
scientifique française de chimie de l’atmosphère.
Améliorer la représentation des processus physiques et des couplages
La compréhension et la représentation sous forme d’équations des processus physiques qui
gouvernent l’évolution du système Terre doivent encore progresser. La thermodynamique de l’air
humide, les processus de formation du brouillard, des nuages et de la pluie, le frottement au sol, la
turbulence et la convection, l’évapotranspiration des sols et de la végétation, l’influence des surfaces
urbanisées, l’albédo de la neige au sol, la photochimie et la transformation des aérosols sont encore
imparfaitement représentés dans les modèles numériques. Il faudra s’appuyer sur les progrès de la
recherche instrumentale pour déployer des systèmes de mesures plus précis lors de campagnes de
terrain, acquérir des observations très détaillées de ces phénomènes, et au bout du compte affiner
les équations qui les représentent. Cela conduit à affirmer le besoin d’une forte composante de
recherche amont dans l’activité de l’établissement.
Un effort important doit également porter sur la représentation des interactions entre les différents
compartiments du système Terre. En premier lieu, le couplage entre la dynamique de l’atmosphère
et sa composition (principalement les aérosols, mais aussi les gaz à effet de serre et les gaz réactifs
comme l’ozone) doit être pris en compte. Il est en effet acquis que cette composition modifie les
échanges radiatifs et donc la température, ce qui peut influencer le déplacement des masses d’air
même sur des échelles de temps et d’espace relativement courtes. La composition de l’atmosphère
influence également les caractéristiques microphysiques des nuages, avec des impacts sur le taux de
précipitation et la visibilité. Le couplage entre l’océan superficiel et l’atmosphère peut également
influencer leurs évolutions respectives à court terme, notamment dans les zones côtières et dans les
cyclones tropicaux. Les systèmes couplés océan-atmosphère déjà utilisés pour l’étude du climat
doivent donc être généralisés aux échelles de la prévision du temps, et probablement inclure une
représentation plus détaillée de l’état de la mer.
 Météo-France maintiendra un volet important de recherche amont, qui s’appuiera sur le
développement de techniques d’observation innovantes, sur la réalisation de campagnes de
mesures variées, et sur la simulation numérique détaillée des processus. Un premier bilan
scientifique des campagnes de mesures MISTRALS est attendu en 2015. Une participation à
la campagne de mesure internationale T-NAWDEX en Atlantique en 2016 sera proposée pour
financement. D’autres campagnes de mesures seront proposées dans le cadre du Chantier
Arctique du CNRS et de l’année de la prévision polaire de l’OMM, à l’horizon 2017-2018.
 En ce qui concerne l’instrumentation pour la recherche et les besoins spécifiques
aéronautique et défense, l’effort sera ciblé sur le développement de techniques innovantes
pour la mesure des paramètres moyens et turbulents dans la couche limite atmosphérique
(du sol à 3000 mètres d’altitude), en utilisant un ensemble de techniques in situ (ballons et
drones instrumentés) et par télédétection (radiomètres, lidars, profileurs UHF). Le
développement de techniques d’observation appropriées à l’étude du manteau neigeux et
de l’interface océan/atmosphère sera également poursuivi.
8
 Parallèlement, dans un souci de se concentrer sur ses priorités, l’établissement mettra fin à
l’exploitation de la veine hydraulique de Toulouse à la fin 2014. Les agents de cette équipe
seront en priorité réaffectés à d’autres tâches de recherche instrumentale, pour faire
progresser les techniques d’observation de l’environnement.
 Deux grands chantiers seront lancés en vue de coupler le modèle AROME au modèle d’océan
NEMO et au modèle de composition chimique de l’atmosphère MOCAGE. L’accent sera mis
particulièrement sur la prise en compte des aérosols et de leurs impacts sur la visibilité et les
nuages. Des conclusions sur les bénéfices à attendre de ces systèmes couplés seront
attendues en 2017, et la première mise en service de ces systèmes pourrait avoir lieu à
l’horizon 2020.
 Le réseau de lidars en cours de déploiement pour la sécurité de la navigation aérienne sera
utilisé pour améliorer les conditions initiales des prévisions d’aérosols, de même que les
observations de satellites pertinentes pour les aérosols. Météo-France poursuivra son
implication dans le service atmosphère de GMES/Copernicus, et utilisera les conditions de
grande échelle sur les aérosols produites dans ce cadre comme conditions aux limites pour
ses prévisions de petite échelle.
Augmenter régulièrement la résolution de tous les systèmes de prévision
Durant les trente dernières années, l’augmentation rapide de la puissance des ordinateurs a permis
une augmentation régulière de la résolution des modèles numériques utilisés pour la prévision
environnementale. Cette augmentation a été un facteur essentiel dans l’amélioration de la qualité
des prévisions. En effet, les paramètres météorologiques les plus importants, comme la pluie et le
vent, ont une variabilité spatio-temporelle élevée et les phénomènes extrêmes ne peuvent être
décrits et localisés qu’à l’échelle la plus fine. De plus, les différentes échelles du mouvement
interagissent entre elles de manière non-linéaire, et une mauvaise représentation des échelles les
plus fines a pour conséquence inéluctable de dégrader la représentation des autres échelles et la
qualité de la prévision. Le consensus scientifique est que la résolution horizontale actuellement
atteinte par les modèles atmosphériques8 est encore insuffisante. Il en est de même pour la
résolution et l’extension verticale des modèles, comme le montrent des résultats récents sur le rôle
de la stratosphère ou la prévision du brouillard. Des efforts importants doivent donc être consentis
pour développer des systèmes plus fins.
Il faut aussi un travail considérable pour adapter les codes aux nouvelles architectures de calcul
massivement parallèles et en évolution rapide, tout en maintenant ou en améliorant si possible la
précision des calculs. En effet, la vitesse individuelle des processeurs n’augmente plus, et c’est par
l’augmentation massive de leur nombre que les calculateurs progressent. Cela nécessite de
développer des techniques optimisant les flux de données entre les processeurs, ce qui peut
nécessiter de modifier les techniques numériques de discrétisation des équations et conduire à une
reformulation importante des codes.
8
1 à 2 km pour les modèles régionaux, 20 km pour les modèles globaux, 100 km pour les modèles de climat.
Ces valeurs devraient être divisées par deux ou trois d’ici la fin de la décennie.
9
L’augmentation de la résolution conduit enfin au besoin de nouvelles approches pour la vérification
des modèles, pour mieux dégager et évaluer leur contenu en information.
 Une version à résolution 1,3km du modèle AROME sera mise en service dès 2014. A l’horizon
2020, la résolution cible pour ce système sera de l’ordre de 500 mètres. Les autres systèmes
de prévision évolueront également vers des résolutions croissantes.
 L’augmentation régulière de la puissance de calcul sera poursuivie. La Phase 2 des
calculateurs Bull sera livrée en 2016, portant la puissance de calcul crête disponible à 3
PFlops. Un nouvel appel d’offres pour le renouvellement des moyens de calcul sera lancé en
2017.
 L’adaptation des codes aux architectures de calculateurs massivement parallèles sera
activement poursuivie, en collaboration avec le CEPMMT et les autres partenaires en
prévision numérique du temps.
 Des actions seront lancées pour évaluer des techniques numériques nouvelles, plus adaptées
aux mailles très fines, notamment faciliter la parallélisation des calculs et mieux représenter
les topographies complexes. Un rapport d’étape sur ces nouvelles techniques sera attendu
en 2017. Cela débouchera éventuellement sur la construction d’un nouveau cœur
dynamique, avec des partenariats adaptés.
 Dans le domaine de l’assimilation de données, les techniques d’ensemble mieux adaptées
aux calculateurs massivement parallèles seront explorées activement, notamment la
technique dite 4D-EN-VAR9. Une décision sur la faisabilité opérationnelle de cette méthode
est attendue en 2016.
 Des méthodes innovantes de vérification des prévisions seront développées pour mieux
évaluer le contenu en information des prévisions d’événements à fort impact.
Généraliser l’utilisation des techniques d’ensembles
Une autre évolution inéluctable est le développement de la prévision d’ensemble pour apprécier les
incertitudes et émettre des prévisions probabilistes, notamment pour les phénomènes dangereux.
Cette technique permet d’élaborer non pas une prévision unique mais un ensemble de prévisions,
légèrement différentes les unes des autres et reflétant les différentes sources d’incertitudes, afin de
caractériser la probabilité qu’un événement donné se produise. Cette technique s’est imposée pour
caractériser le risque météorologique au-delà des échéances de quelques jours. Elle est à la base des
progrès des prévisions mensuelles et saisonnières et des évaluations du climat futur (notamment
pour les rapports du GIEC). Elle commence aussi à être utilisée pour les échéances très courtes,
notamment pour caractériser localement les risques de pluies intenses, de crues rapides, de vents
extrêmes, de chutes de neige et de brouillard. La demande croissante pour une caractérisation de
9
Assimilation variationnelle quadri-dimensionnelle par ensembles
10
plus en plus précise et quantifiée des divers aléas environnementaux amènera à augmenter encore
les efforts dans ce domaine.
 Une première version d’un ensemble AROME deviendra opérationnelle dès 2015 et sera
ensuite régulièrement améliorée.
 La technique des prévisions d’ensemble sera progressivement étendue vers les applications
tant pour la sécurité que pour optimiser des décisions économiques. Ces applications
ouvriront les différents domaines de responsabilité de Météo-France (état de la mer,
submersions côtières, dérives d’objets, appui à la prévision des crues, qualité de l’air,
pollutions accidentelles, risque d’avalanche, etc…).
 Météo-France poursuivra ses efforts pour améliorer la qualité des prévisions d’ensemble,
notamment pour mieux représenter l’incertitude de l’état initial (aspects liés à l’état des sols
et de l’océan, ou la composition de l’atmosphère). L’incertitude supplémentaire engendrée
par les imperfections des modèles de prévision sera reliée plus rationnellement à la
résolution du calcul et à la représentation des processus physiques. Les techniques de
vérification et de calibrage des ensembles seront également améliorées.
Maîtriser l’utilisation et l’évolution des systèmes opérationnels d’observation
Les systèmes opérationnels d’observation qui alimentent en données la prévision du temps et
l’analyse du climat sont en évolution rapide en raison des progrès techniques et de l’obligation de
maîtriser les budgets. Les progrès de l’observation par les satellites, les avions, les navires
commerciaux et les bouées dérivantes se poursuivent à un rythme soutenu. Les réseaux de radars
météorologiques continuent également à évoluer pour prendre en compte les progrès techniques et
répondre à la demande croissante d’information hydrologique. Il est aussi souhaitable de favoriser la
cohabitation entre les réseaux de radars météorologiques et les fermes d’éoliennes. Face à cette
évolution rapide, les services météorologiques doivent se doter d’outils de simulation propres à
anticiper les impacts des évolutions des systèmes d’observation sur le service rendu aux usagers.
Ces évolutions dépassent en général le cadre d’un service météorologique national. Météo-France
utilise les instances internationales compétentes en matière d’observation (telles que l’OMM,
Eumetsat et Eumetnet) pour faire connaître ses conclusions sur l’apport de chaque système
d’observation à la qualité du service météorologique. L’établissement peut être amené à
recommander la pérennité de certaines observations conventionnelles, quand les évaluations
montrent clairement leur intérêt. Son poids dans ces instances dépend beaucoup de la qualité de ses
résultats scientifiques et de ses prévisions opérationnelles. Il est donc crucial de maintenir un haut
niveau d’expertise sur les techniques d’observation et de traitement de données associées pour
influencer leur évolution et en tirer le meilleur parti.
Au cours de la dernière décennie, Météo-France a su affirmer sa place parmi les tout premiers
services météorologiques dans le domaine de l’utilisation des observations de satellites et des radars
météorologiques. Conserver cette position est un véritable enjeu. Cela suppose non seulement de
conduire des études innovantes sur l’utilisation des instruments spatiaux les plus récents ou la
définition des futurs instruments, mais aussi de faire évoluer les systèmes d’assimilation de données
11
pour les maintenir sur le front avancé de la science. Le développement des systèmes d’assimilation
variationnels utilisés actuellement a demandé de lourds investissements depuis vingt ans. L’histoire
a montré que les centres de prévision qui n’ont pas pris le tournant du variationnel dans les années
1980 ont été lourdement pénalisés. Plus récemment, Météo-France a su anticiper des évolutions
comme le développement des méthodes hybrides entre les méthodes d’ensemble et les méthodes
variationnelles. Les avancées dans le domaine de la représentation des processus physiques dans les
modèles atmosphériques, par exemple la modélisation des particules de glace et des gouttelettes
nuageuses, permettent d'envisager maintenant l'utilisation de nouveaux paramètres télédétectés.
L’assimilation de données reste un domaine fortement innovant, et les différents centres de
prévision développent actuellement une vaste panoplie de méthodes concurrentes. Des efforts
importants restent donc nécessaires pour garantir que l’établissement conservera une position
reconnue dans ce domaine.
Par ailleurs, des besoins sectoriels peuvent amener à mettre en place des systèmes d’observation
nouveaux. C’est le cas notamment des systèmes d’observations dédiés aux grands aéroports, qui
doivent permettre de documenter les risques liés au cisaillement de vent ou aux tourbillons de
sillage, et font l’objet d’études spécifiques. Un réseau de lidars destinés à surveiller la composition de
l’atmosphère (notamment pour détecter les cendres volcaniques) est également en cours de
déploiement pour les besoins de la sécurité aéronautique. Des efforts nouveaux doivent être
entrepris pour exploiter au mieux ces nouvelles observations, en collaboration avec la communauté
scientifique, avec l’espoir de retombées au-delà du seul domaine aéronautique.
Enfin, l’augmentation exponentielle du nombre des observations pose un défi en elle-même et
demande d’investir dans des techniques performantes de manipulation et d’archivage des données.
Elle incite également à un partage et une mise à disposition accélérée de ces archives à l’ensemble
de la communauté scientifique. Elle invite enfin à favoriser l’utilisation maximale des observations en
développant diverses techniques de fusion rapide de données pour le signalement des zones
dangereuses.
 Météo-France veillera à maintenir son niveau d’expertise élevé sur l’utilisation des
observations de satellites. L’effort principal portera sur les instruments des satellites
opérationnels de météorologie (EPS, NPP), la préparation de la prochaine génération de
satellites (MTG à l’horizon 2020, EPS-SG à l’horizon 2025), l’utilisation des données du
premier lidar vent spatial (ADM-Aeolus, lancement prévu en 2016). Un effort accru portera
sur l’utilisation des observations caractérisant les surfaces terrestres (manteau neigeux,
humidité des sols). Météo-France poursuivra son implication dans les SAFs d’EUMETSAT
 L’utilisation des observations des radars opérationnels sera encore développée, en abordant
des aspects nouveaux, comme les mesures de polarimétrie et de réfractivité, et l’utilisation
de données plus nombreuses en provenance des réseaux européens. Des études sur
l’utilisation des données en présence d’éoliennes seront réalisées.
 Le développement de nouvelles techniques d’assimilation de données se poursuivra avec un
haut niveau de priorité (voir plus haut).
12
Evaluer l’impact des activités humaines sur le climat
La communauté internationale est engagée dans des programmes de recherche importants pour
réduire les incertitudes sur le réchauffement global causé par l’augmentation des gaz à effet de serre
(la sensibilité climatique), et sur l’évolution à long terme de l’ozone stratosphérique. Cet objectif
nécessite notamment d’améliorer la représentation des nuages et des aérosols dans les modèles
numériques. C’est la justification de programmes spatiaux comme Calipso, Cloudsat, Parasol et
EarthCARE, dont les observations doivent servir à améliorer les modèles de climat. D’autres
incertitudes sur le climat futur sont liées aux hypothèses sur les émissions anthropiques, au cycle du
carbone lui-même, à la circulation océanique, aux interactions chimie-climat et à l’évolution de la
cryosphère.
 Pour participer à l’effort international et se préparer à la demande émergente de services
climatiques, Météo-France continuera de développer son modèle de climat pour en faire un
véritable modèle du « système Terre », capable de décrire l’ensemble des processus
gouvernant l’évolution du climat à l’horizon du siècle. La partie atmosphérique du modèle
sera gardée aussi proche que possible de la version « prévision du temps ». Les grands cycles
biogéochimiques et l’évolution de la cryosphère seront progressivement pris en compte avec
un rendez-vous à l’horizon 2017. Ceci nécessitera naturellement une large collaboration avec
d’autres organismes pour éviter toute duplication d’effort. L’adaptation du modèle de
système Terre aux calculateurs massivement parallèles se poursuivra en collaboration avec le
Cerfacs et le CEPMMT.
 L’établissement se préparera à livrer une forte contribution aux prochains rapports du GIEC,
en réalisant notamment les simulations numériques requises dans la période 2015-2017. La
version du modèle utilisée pour cet exercice devra être stabilisée vers la fin de 2014.
 Le développement de méthodes efficientes de détection et d’attribution du changement
climatique sera poursuivi. Il s’agit en particulier d’évaluer très rapidement le caractère plus
ou moins «exceptionnel» d’une fluctuation climatique (canicule, sécheresse, pluie intense,
etc…) et la part anthropique du risque d’occurrence de ce type d’événement. Ces progrès
alimenteront les services climatiques.
 L’établissement se basera sur les conclusions de l’Atelier de Réflexion Prospective « Réagir »
en cours sous l’égide de l’ANR pour définir en 2014 un programme de travail en géoingénierie, visant à apporter pendant la période 2015-2018 une contribution à l’évaluation
de l’efficacité et des risques des diverses techniques de manipulation de l’environnement
envisagées, et à développer l’expertise nationale dans ce domaine.
L’établissement a aussi développé une forte compétence sur la régionalisation du changement
climatique, en tirant parti des techniques développées pour la prévision du temps (maille variable
globale, modèles régionaux). Cette expertise doit être exploitée, notamment pour répondre aux
besoins exprimés sur quelques régions clés : l’Europe ; les outre-mer ; la Méditerranée, qui est une
des zones les plus sensibles au changement climatique ; enfin l’Afrique, où les incertitudes sur les
impacts du changement climatique sont très fortes. Ces diverses études permettent à Météo-France
d’intervenir en appui aux politiques de coopération pour le développement.
13
 Un effort particulier sera dédié au développement et à l’évaluation d’un modèle de climat
régional de la région méditerranéenne, prenant en compte l’ensemble des rétroactions,
comme l’évolution des débits des rivières, la modification des circulations marines,
l’évolution de l’occupation des sols, et ses conséquences sur les divers flux d’aérosols qui
affectent cette région (aérosols désertiques, feux de forêt, pollution urbaine et aérosols
marins). Dans le cadre du Chantier MISTRALS, Météo-France visera à livrer une forte
contribution concernant le changement climatique en Méditerranée, zone identifiée comme
particulièrement sensible.
A une échelle spatiale encore plus locale, l’évaluation des impacts futurs du changement climatique
et le développement des services climatiques correspondent à une forte demande de la société et
justifient la poursuite de programmes de recherche appliqués, en collaboration avec les acteurs des
divers domaines concernés.
 Météo-France poursuivra le développement de ses outils de pointe pour l’évaluation des
impacts du changement climatique, comme le modèle de climat urbain TEB10, le modèle de
surface continentale SURFEX (qui inclut l’humidité du sol, la végétation et le manteau
neigeux), ou les modèles MODCOU et TOPMODEL11 pour l’évaluation des débits des rivières.
L’établissement s’engagera dans de nouveaux projets visant à clarifier la nature des impacts
physiques et économiques du changement climatique à l’horizon 2080-2100.
Explorer la prévisibilité du climat à l’horizon infra-saisonnier à décennal
Un des grands défis posés par le développement des services climatiques est de progresser dans la
prévision des fluctuations climatiques à des échelles spatiales relativement fines et pour des horizons
temporels allant de la semaine à la décennie. Ces fluctuations se superposent à la tendance de fond
du changement climatique anthropique, elles peuvent oblitérer cette tendance ou au contraire
l’exacerber pendant plusieurs années. Leur prévision requiert des progrès importants dans la
compréhension de la variabilité naturelle du climat, qui se traduit par des « oscillations »
climatiques12. Météo-France doit augmenter son effort sur ces échelles de temps intermédiaires
pour garantir sa crédibilité dans le domaine des services climatiques.
Il faut comprendre les mécanismes qui permettent à ces phénomènes de se développer, leurs
interactions, évaluer leur prévisibilité et améliorer les aspects de l’état initial ou de la physique des
modèles qui sont essentiels pour leur prévision. Des résultats récents soulignent par exemple le rôle
probable de la convection nuageuse et de la stratosphère pour favoriser l’émergence de certaines
oscillations. Ces études doivent aussi prendre en compte l’océan, l’humidité des sols, la composition
de l’atmosphère, la cryosphère et la variabilité solaire. Ces études doivent s’appuyer sur une longue
base d’observations homogènes du système Terre. Elles sont donc en partie conditionnées par le
10
Town Energy Budget
MODCOU et TOPMODEL sont deux modèles développés en collaboration avec l’Ecole des Mines de Paris et le
LTHE pour calculer respectivement les risques de crues lentes et rapides.
12
Par exemple, l’Oscillation Nord-Atlantique, l’Oscillation de Madden et Julian, la variabilité interannuelle des
moussons, ou les phénomènes El Niño/La Niña.
11
14
développement des programmes internationaux de réanalyses de l’atmosphère, de l’océan et des
surfaces continentales13.
 Météo-France s’appuiera sur son système de prévision saisonnière, dont la performance
s’inscrit au meilleur niveau international, pour augmenter son effort sur les horizons de
prévisibilité infra-saisonniers à décennaux. La version 5 de ce système sera livrée en 2015 et
sera aussi proche que possible de la version du modèle de système Terre utilisée pour le
prochain rapport du GIEC. Des cycles d’amélioration seront conduits tous les deux ou trois
ans. L’établissement intensifiera ses efforts sur l’évaluation de la prévisibilité décennale du
climat, en collaboration avec le Cerfacs.
 Concernant les réanalyses, l’établissement poursuivra ses contributions actuelles, basées sur
la fourniture de données observées anciennes (data rescue) et l’évaluation des réanalyses
produites par les principaux centres mondiaux. En parallèle, des efforts nouveaux seront
entrepris pour la réalisation en interne de réanalyses des surfaces terrestres (humidité du
sol, manteau neigeux, température de la mer), notamment dans le cadre des programmes
ERA-20C, UERRA (FP7), et CCI (ESA).
13
Les réanalyses sont de longues chroniques d’états de l’atmosphère représentant la meilleure approximation
possible de son histoire depuis le début des observations systématiques. Ces chroniques constituent
maintenant des ressources clés pour le progrès des connaissances dans de multiples domaines : étude des
mécanismes de la variabilité climatique, étude des tendances climatiques, qualification des situations extrêmes
observées, amélioration progressive des systèmes de prévision pour des horizons allant de la journée à la
décennie. Cette technique de réanalyse, initialement développée pour l’atmosphère, est maintenant
couramment utilisée pour l’océan et sera étendue dans les prochaines années à la surface terrestre (état des
sols, végétation, manteau neigeux, température de l’océan, glaces de mer).
15
Politique de communication
Météo-France bénéficie d’une forte visibilité en tant que Service Météorologique National, en charge
de la sécurité des personnes et des biens face aux crises météorologiques et climatiques. Il intervient
fréquemment sur les sujets de sa compétence, tant en direction du grand public qu’en direction de
cibles plus spécialisées, professionnelles ou institutionnelles. Les thèmes en question, notamment le
changement climatique et ses impacts, sont soumis à des pressions médiatiques croissantes.
L’établissement doit donc renforcer et mieux cibler son effort de communication pour rester un
acteur audible et faire valoir son expertise. Ceci nécessitera la mise en œuvre d’une politique de
formation des personnels aux techniques de communication, ainsi qu’une valorisation accrue en
interne de ces activités de communication.
Le site Internet de Météo-France est actuellement en cours de rénovation. Dans l’avenir, la
recherche y occupera une place plus importante. Le site devra proposer des interviews de chercheurs
et être plus réactif à l’actualité.
L’établissement développera en priorité sa communication sur les risques météorologiques et
climatiques, et sur la nécessité des politiques d’atténuation et d’adaptation du changement
climatique. Il offrira également des services plus variés pour assister les acteurs publics et privés dans
la compréhension des incertitudes, des impacts et des risques. L’offre d’expertise en ligne sera
développée, notamment en accompagnement au portail DRIAS sur le changement climatique.
L’établissement développera son offre de formation sur le changement climatique pour des publics
variés.
L’établissement poursuivra enfin ses efforts pour faciliter l’accès de ses bases de données publiques
à l’ensemble de la communauté scientifique, en mettant progressivement en ligne l’ensemble des
informations disponibles, notamment au moyen de son site institutionnel sur Internet. Il développera
une politique de distribution de ses codes de recherche sous licence open source, en rupture par
rapport à l’option précédente de diffusion pour des applications restreintes à la recherche et à
l’enseignement. Cette politique devrait permettre d’augmenter encore la visibilité des travaux
scientifiques et de bénéficier des retours d’expérience d’une plus grande communauté d’utilisateurs.
16
Politique de partenariat
Météo-France ne peut couvrir seul l’ensemble des champs scientifiques évoqués ci-dessus. Pour
remplir ses missions, l’établissement doit mobiliser de nombreux partenariats nationaux et
internationaux, et renforcer ses interactions avec la communauté scientifique.
La politique de partenariat de l’établissement prend en compte les impératifs suivants:


Garder une expertise autonome sur les sujets de sa responsabilité, en particulier les codes
utilisés en prévision opérationnelle du temps ;
Partager le développement des outils avec les acteurs les plus reconnus dans leur domaine,
en veillant à faire évoluer régulièrement ce réseau de partenariats et à en maitriser la taille
pour garder une efficacité maximale.
Programmation de la recherche
En matière de programmation, la collaboration étroite avec le CNRS a permis notamment à
l’établissement de faire valoir ses thématiques et besoins de recherche lors des grands exercices de
prospective de l’INSU, d’orienter les recherches de la communauté en contribuant à financer les
programmes nationaux, et d’entrainer de nombreux scientifiques dans la réalisation de campagnes
de terrain ambitieuses. Cette collaboration sera poursuivie.
Elle se double maintenant d’une participation active à l’alliance AllEnvi des organismes de recherche
en environnement, dont le but est de rechercher des synergies de programmation entre les
différents opérateurs français. Les nouveaux instruments européens comme la JPI Climat ou la
Stratégie Européenne pour les Infrastructures de Recherche (ESFRI) visent à atteindre un résultat
comparable à l’échelle de notre continent. Météo-France s’implique dans ces nouveaux modes de
programmation de la recherche.
La programmation de la recherche est également discutée dans les instances de l’Organisation
Météorologique Mondiale, qui visent à favoriser la synergie entre les services météorologiques et
avec les partenaires académiques. Météo-France contribue activement aux travaux du Programme
Mondial de Recherche sur le Climat et du Programme Mondial de Recherche en Prévision du Temps.
Ce dernier va maintenant s’organiser autour de trois actions principales : la Prévision Polaire, la
Prévision Infra-saisonnière à Saisonnière, et la Prévision des Evénements Météorologiques à Fort
Impact. L’établissement participera à ces trois actions.
L’OMM, l’ICSU et les autres instances scientifiques internationales regroupent leurs forces au sein de
l’initiative « Future Earth », destinée à rapprocher les communautés des sciences humaines et des
sciences de la Planète pour un développement durable. Météo-France se donnera pour objectif
d’aligner ses programmes avec les grandes orientations de Future Earth.
Partenariats de recherche existants
Dans le domaine de la prévision numérique, une collaboration très étroite avec le CEPMMT et les
autres services météorologiques européens regroupés dans les consortia ALADIN et HIRLAM a
permis à Météo-France d’atteindre un niveau d’expertise exceptionnel et de disposer d’un système
17
de prévision du temps au meilleur niveau mondial, tout en consacrant à ce sujet des ressources
inférieures à celles des autres centres de niveau équivalent. La répartition des échéances de
prévision entre le CEPMMT et les services météorologiques nationaux fait l’objet d’accords
européens14 et ne devrait pas être significativement modifiée dans la décennie à venir. Elle oriente
l’effort de recherche en prévision du temps de Météo-France vers les échéances les plus courtes et
les échelles les plus fines. Cette collaboration sera poursuivie autour des systèmes ARPEGE/IFS et
AROME, l’effort principal de Météo-France portant sur ce dernier modèle. La collaboration avec le
CEPMMT porte également sur les domaines de la prévision saisonnière15 et de la qualité de l’air16.
Dans le domaine des observations spatiales, Météo-France poursuivra ses collaborations avec le
CNES, EUMETSAT, et l’ESA, contribuant à la définition des futures missions spatiales et à la définition
et l’amélioration continue des produits d’observation spatiale. L’établissement confirmera sa forte
implication dans les SAF17 d’EUMETSAT.
L’établissement confirmera par ailleurs sa participation à plusieurs projets d’EUMETNET relatifs aux
systèmes d’observation, en particulier son implication majeure dans le domaine des radars
météorologiques18 et de l’observation sur les océans19, ce qui lui permet de bénéficier d’un réseau de
collaborations entre services météorologiques européens.
Météo-France a une participation institutionnelle dans la société civile CERFACS, qui développe des
recherches de pointe sur l’application du calcul intensif à divers domaines, tels que la modélisation
climatique, l’assimilation de données, et le couplage multi-physique des codes. La collaboration avec
le CERFACS sera un atout important pour aborder l’ère des calculateurs massivement parallèles. Les
thèmes plus particulièrement développés avec le CERFACS seront l’étude de la prévisibilité décennale
du climat et l’assimilation des observations de la composition de l’atmosphère.
Météo-France a également une participation dans la société civile Mercator Océan, chargée de
développer les systèmes opérationnels d’analyse et de prévision de l’océan. L’établissement se
repose sur Mercator Océan pour produire les analyses, prévisions et réanalyses océaniques
indispensables à la prévision marine à courte échéance et au développement des prévisions
saisonnières à décennales. Mercator Océan a aussi pour ambition de coordonner au niveau
européen le Service Marine de GMES/Copernicus.
14
Le CEPMMT est chargé de réaliser des prévisions numériques à moyen terme (de 4 jours à un mois), alors
que les prévisions numériques des services météorologiques nationaux couvrent les échéances plus courtes, de
quelques heures à 3 jours.
15
Le système multi-modèle EUROSIP regroupe les modèles de prévision saisonnière du CEPMMT, de MétéoFrance, du Met Office et du NCEP (USA).
16
Dans le cadre du Service Atmosphère de GMES/Copernicus, dirigé par le CEPMMT, Météo-France coordonne
le volet de prévision de la qualité de l’air sur le domaine Europe.
17
Satellite Application Facilities, un réseau de centres mutualisés chargés de la valorisation des observations
spatiales vers diverses applications.
18
Projet OPERA d’Eumetnet (échange et standardisation des observations par radars à l’échelle européenne)
19
Projet E-SURFMAR d’Eumetnet (observation in situ à la surface de l’océan par bouées et navires
commerciaux)
18
Météo-France attache également une importance particulière à la coopération très active avec les
laboratoires de l’IPSL, notamment en ce qui concerne la modélisation climatique20 (LMD, LSCE,
LOCEAN) et l’instrumentation innovante (LATMOS, SIRTA).
Partenariats de recherche nouveaux
Concernant la réalisation des actions de recherche, l’établissement développera désormais son
réseau de collaborations avec la communauté universitaire française en s’appuyant sur les
Observatoires des Sciences de l’Univers (OSU). Les sites de Toulouse, Grenoble, La Réunion, Lannion
et Brest sont tout naturellement désignés pour cette collaboration et ils correspondent à des axes
majeurs de la stratégie de Météo-France. A Toulouse, le partenariat avec les laboratoires de l’OMP
sera activement développé21, notamment sur la physique de l’atmosphère à moyenne échelle (LA),
sur le couplage de l’atmosphère avec l’océan et les surfaces continentales et sur le suivi de
l’hydrologie terrestre (CESBIO, LEGOS). A Grenoble, les collaborations avec les laboratoires de l’OSUG
concerneront la microphysique de la neige, les avalanches, les calottes glaciaires et l’hydrologie
(LTHE, LGGE). A Lannion (Centre de Météorologie Spatiale) et Brest (Centre de Météorologie Marine),
c’est sur les thèmes de l'observation de l'océan superficiel, de la météorologie marine et des
couplages océan-atmosphère que se développeront les collaborations (LOP, LOS). Enfin, La Réunion
sera un site privilégié pour l’étude des cyclones tropicaux, des pluies tropicales, des émissions
volcaniques, de la chimie de l’atmosphère, et des risques associés (LACy). Cette dernière activité est
conduite de manière croissante en collaboration avec les physiciens de l’atmosphère du LA et des
volcanologues de l’IPGP. Elle a vocation à être élargie en coopération internationale en utilisant le
Piton de La Fournaise comme l’un des volcans de référence pour l'observation des processus
volcaniques.
L’établissement s’impliquera également dans le développement des pôles de données22 CNES/CNRS,
avec pour objectif de favoriser la complémentarité et l’efficience dans la gestion des bases de
données et d’améliorer l’accès de la communauté scientifique à l’ensemble des données disponibles.
Le développement des services climatiques a fait l’objet de discussions intenses au sein d’AllEnvi en
2012 et 2013. Une réflexion se met également en place sous l’égide des ministères de l’Ecologie et de
la Recherche. On peut espérer que cela conduira au développement de collaborations renforcées
avec l’IPSL, l’INRA, le BRGM, l’IRSTEA, etc… autour du développement de portails de données
publiques sur l’adaptation au changement climatique. Il s’agit de passer progressivement d’une
distribution d’informations sur le climat lui-même à une distribution d’informations sur les impacts
du changement climatique, en insistant sur les extrêmes et les incertitudes. Le développement de
l’expertise de l’établissement sur les aspects sociétaux et économiques du changement climatique
sera également nécessaire. La collaboration avec le CIRED sera développée à cette fin.
20
Le projet ANR Convergence va notamment permettre de poursuivre le développement d’une infrastructure
commune pour les modèles de climat
21
A partir de 2014, Météo-France aligne son cycle de programmation scientifique sur celui de l’OMP, en vue
d’une contractualisation quinquennale phasée des laboratoires toulousains (vague A de l’AERES).
22
Les pôles de données ETHER, ICARE, et THEIA sont des accords entre organismes mis en place par le CNES et
le CNRS pour valoriser les observations de la terre par satellite en assurant une production traçable
d’information à caractère géophysique et en facilitant l’accès des scientifiques français à ces informations.
19
D’autres partenariats seront renforcés dans la période à venir, notamment avec l’INERIS autour du
portail PREV’AIR pour la prévision de la qualité de l’air, le SHOM et l’Ifremer pour la modélisation des
vagues et des surcotes et les systèmes d’observations marines, l’INRA pour l’étude des échanges
d’énergie et de matière par les couverts végétaux et les impacts du changement climatique, l’IRSTEA
pour le manteau neigeux et les avalanches, l’Ecole des Mines de Fontainebleau, le LTHE et le BRGM
pour la modélisation hydrologique, l’ONERA pour le développement de l’observation par lidar.
20
Organisation, ressources, infrastructures
Les activités de recherche sont principalement développées dans l’UMR 3589 CNRM-GAME (unité
mixte Météo-France/CNRS) qui regroupe la plus grande partie des équipes du Centre National de
Recherches Météorologiques à Toulouse et Grenoble, et dans l’UMR 8105 LACy de La Réunion (unité
mixte Météo-France/CNRS/Université). Des activités de recherche sont également conduites dans
d’autres services, à la Direction de la Production, la Direction des Systèmes d’Observation et l’Ecole
Nationale de la Météorologie. Ces unités pilotent notamment les travaux sur le traitement des
données d’observation par satellites et radars et le développement des modèles pour la prévision
marine. L’ensemble des travaux de recherche est coordonné par la Direction de la Recherche, et fait
l’objet d’un programme de recherche annuel, et d’un plan d’actions articulé avec le plan d’action de
l’établissement.
Parmi les chercheurs actifs dans ces différentes unités, on compte des chercheurs et directeurs de
recherche du CNRS, des chercheurs et directeurs de recherche de l’équipement, et (en majorité) des
ingénieurs des corps techniques ayant choisi d’être évalués en tant que chercheurs (Ingénieurs des
Travaux de la Météorologie, Ingénieurs des Ponts, des Eaux et des Forêts). Certains d’entre eux sont
affectés à l’Ecole Nationale de la Météorologie et interviennent comme enseignants-chercheurs. Les
instances d’évaluation de ces chercheurs sont, en fonction de leur corps d’appartenance, le Comité
National de la Recherche Scientifique, la Commission d’Evaluation des Chercheurs de l’Equipement,
ou la Commission d’Evaluation des Chercheurs de Météo-France. Le rôle de la Commission CESAAR23
du Ministère de l’Ecologie dans l’évaluation des chercheurs de Météo-France sera précisé en fonction
de l’évolution de cette instance. L’évaluation des chercheurs portera non seulement sur leur
production scientifique, mais aussi sur leur contribution au transfert rapide de leurs résultats vers
l’opérationnel, et à la diffusion de la culture scientifique et technique vers le grand public.
Les effectifs permanents d’agents chercheurs, ingénieurs, techniciens et administratifs affectés par
Météo-France dans les unités mixtes sont d’environ 250 (en équivalents temps plein). Météo-France
s’efforcera de maintenir ou même de renforcer ces effectifs malgré le contexte budgétaire très
difficile.
La répartition de cette ressource par grands domaines d’activité est approximativement la suivante :
Recherche amont
15%
Instrumentation pour la recherche
25%
Prévision du temps et de la qualité de l’air
45%
Climat
15%
Il faut naturellement ajouter à ces ressources les effectifs affectés par le CNRS aux unités mixtes de
recherche, qui sont principalement dirigés vers la thématique « recherche amont ».
23
Comité d’Evaluation Scientifique des Agents de catégorie A exerçant une Activité de Recherche
21
La période récente a été marquée par un accroissement des effectifs sur les thématiques
stratégiques de la prévision numérique du temps, des observations opérationnelles, de l’adaptation
des codes aux calculateurs massivement parallèles, de la construction du modèle de système Terre et
de la prévisibilité climatique. Cette tendance se poursuivra. Cependant plusieurs inflexions
concernant les ressources humaines apparaissent indispensables pour mieux préparer l’avenir :



Des efforts tout particuliers sont actuellement consentis pour augmenter les ressources
humaines dans le domaine de la chimie atmosphérique.
On cherchera aussi à augmenter le ratio chercheurs/ITA dans le domaine de
l’instrumentation pour la recherche.
Les ressources humaines sur la dynamique de l’océan seront également consolidées, vu
l’importance de cette thématique pour la prévisibilité du climat.
En aval, l’établissement veillera à maintenir les effectifs et l’organisation nécessaires dans les équipes
de développement et de production pour valoriser les résultats de son activité de recherche.
Pour préparer la formation d’une nouvelle génération de chercheurs, l’établissement développera
encore sa politique de co-financement de thèses de doctorat avec d’autres organismes. Cette
politique a pour objectif premier d’alimenter en doctorants les UMR GAME et LACy, mais le soutien
de doctorants dans d’autres laboratoires n’est pas exclu. L’établissement encourage également ses
chercheurs à soutenir leur Habilitation à Diriger des Recherches dès que possible.
Plusieurs grandes infrastructures jouent un rôle crucial dans la réalisation des objectifs de recherche :




Les moyens de calcul de Météo-France bénéficieront en 2014 d’une augmentation
significative, suivie d’une nouvelle mise à jour en 2016. Plus de la moitié de ces ressources
est réservée aux travaux de recherche sur la prévision du temps, le climat, et à la recherche
amont.
L’Unité Mixte de Service SAFIRE (commune avec le CNRS et le CNES) opère les avions de
recherche français pour l’environnement et constitue l’une des grandes infrastructures
accessibles à la communauté scientifique européenne. L’extension des missions de SAFIRE
vers l’étude des surfaces continentales est en cours d’examen notamment avec l’ONERA.
L’entrée de nouveaux partenaires dans SAFIRE sera envisagée, ainsi que la pérennisation du
réseau EUFAR pour l’interopérabilité des avions de recherche européens. Le renouvellement
des avions de SAFIRE sera préparé avec les partenaires et les ministères de tutelle, avec
l’objectif d’atteindre une décision avant 2017 et de livrer une nouvelle plate-forme vers
2020, date prévisible de fin de service des avions actuels.
Le CMS (Lannion) dispose de moyens importants de réception, de calcul et de stockage des
données satellitaires, dont une part est dédiée aux travaux de recherche de l’établissement
et de la communauté scientifique à travers la structure Meteosatmer.
L’établissement dispose en propre d’autres installations importantes comme le laboratoire
froid du Centre d’Etude de la Neige, les sites permanents de mesures en montagne du Col de
Porte et du Col du Lac Blanc (en voie d’intégration dans le SOERE GLACIOCLIM), deux bouées
fixes en Méditerranée (intégrées dans le SOERE MOOSE), et un ensemble de moyens
expérimentaux qui peuvent être déployés en soutien aux campagnes de terrain.
22
Ces infrastructures représentent des leviers puissants pour attirer une vaste communauté
scientifique sur les thématiques intéressant l’établissement. Leur développement sera dépendant
des budgets attribués à l’établissement, mais représentera une forte priorité.
23
Mise en œuvre de la stratégie
Relever les défis présentés supra appellera un effort scientifique majeur. Sans entrer dans les détails
de chaque domaine recherche, ni décliner les actions détaillées qui seraient nécessaires pour y
parvenir, la présente section entend offrir une prospective à moyen terme concernant les objectifs
de recherche de Météo-France, dessinant à la fois les grandes orientations et précisant les domaines
à explorer avec plus d’attention. Son horizon temporel dépasse celui du contrat d’objectifs entre
l’Etat et Météo-France (2012-2016) qui a formalisé les attentes envers l’établissement. Les deux
documents se recoupent dans la mesure où les perspectives esquissées dans le contrat sont
englobées dans la démarche scientifique plus large ici proposée. Pour faciliter la lecture, la
présentation veille à intégrer les objectifs issus du contrat d’objectifs dans une vision à plus long
terme, nécessairement moins précise vers la fin de la période, mais orientant le travail des équipes
de recherche. Le plan adopté pour cette section permet d’énumérer les objectifs en allant grosso
modo de la recherche amont vers les applications.
Recherche amont et campagnes de mesures
Météo-France maintiendra un volet important de recherche amont pour faire progresser la
compréhension des processus qui gouvernent l’état et la prévisibilité de l’atmosphère, de l’océan, de
la cryosphère, des sols et de la biosphère. En effet, il existe des verrous de connaissance importants
pour l’amélioration des prévisions météorologiques et climatiques.
Dans le domaine de l’atmosphère, il s’agit par exemple de faire progresser la compréhension de la
convection nuageuse et de son interaction avec les plus grandes échelles et avec l’océan. Ces
processus jouent en effet un rôle clé dans la prévision à courte échéance des tempêtes, dans celle de
la variabilité intra-saisonnière en Afrique, ou pour la simulation de la propagation de l’oscillation de
Madden et Julian sur l’Océan Indien dans les modèles de prévision saisonnière et de climat. Les
processus qui gouvernent l’évolution des aérosols et leur interaction avec la microphysique des
nuages doivent également être mieux compris, notamment pour améliorer la prévision du brouillard
et des pluies convectives tropicales. Les interactions océan-atmosphère, notamment au sein des
cyclones tropicaux, doivent être mieux représentées, en particulier l’influence des vagues et de la
couche mélangée océanique sur les flux d’énergie et de quantité de mouvement. Les tempêtes des
moyennes latitude continueront de faire l’objet de nombreuses études, notamment pour
comprendre les mécanismes qui provoquent des zones de vent extrêmes très localisés, ou la
rétroaction des tempêtes sur la formation des blocages de la circulation d’ouest, à l’origine des
épisodes de canicules ou de grand froid. L’intensité des transferts verticaux liés à la turbulence en
stratification stable devra être mieux quantifiée à partir de mesures plus systématiques dans des
environnements variés, et traduite dans les paramétrisations de ce processus. Enfin, l’évaluation des
échanges de constituants variés et de quantité de mouvement entre la troposphère et la
stratosphère doit progresser pour assurer une validation complète des modèles couplés chimieclimat.
Les travaux amont sur les surfaces continentales devront également être poursuivis. En effet la
représentation des surfaces terrestres et de leurs interactions avec l'atmosphère présente encore de
nombreuses faiblesses en raison de la grande variété et hétérogénéité de l’occupation des sols et de
la végétation. Progresser dans ce domaine est indispensable pour la prévision de paramètres très
24
variés, comme la température de l'air en ville pendant les canicules, la température du sol en
conditions hivernales, ou encore le brouillard. Cela est également important pour mieux
appréhender les échanges couplés d’énergie, d’eau et de carbone, et de manière générale l’émission
de toutes les substances chimiques par les surfaces continentales, mais aussi afin d’extraire plus
d’information des observations de satellites. Dans le domaine du carbone, l’expertise acquise permet
d’envisager des contributions importantes au projet ICOS et aux futurs services de GMES sur les
émissions régionales de carbone, ce qui constituerait une contribution supplémentaire au thème de
l’atténuation du changement climatique.
Les campagnes de mesures sont un élément important du dispositif mis en œuvre pour répondre au
besoin de connaissances de base. Les principales campagnes de mesures sont organisées en forte
collaboration avec la communauté scientifique internationale, et peuvent rassembler des centaines
de scientifiques pendant quelques mois. Leurs observations originales sont regroupées dans des
bases de données accessibles à tous, dont l’exploitation dure en général une dizaine d’années. On
peut ainsi prévoir que des avancées significatives seront obtenues grâce à l’exploitation des
campagnes récentes : AMMA (2006) pour le cycle de vie de la convection nuageuse et la variabilité
de la mousson africaine, CONCORDIASI (2010) pour le traitement des observations de satellites sur
les régions polaires et l’étude des couches limites stables, BLLAST (2011) pour la structure de la
couche limite atmosphérique en période de transition diurne/nocturne, FENNEC (2011) pour les
aérosols d’origine désertique, HYMEX I (2012) pour les épisodes de précipitations intenses de l’arc
méditerranéen, HYMEX II (2013) pour la circulation océanique en Méditerranée, et CHARMEX (2013)
pour les transports transméditerranéens d’aérosols et de substances chimiques. Ces travaux feront
l'objet de nombreuses publications scientifiques pendant la période 2013-2020.
La planification de nouvelles campagnes de mesures de grande envergure pour les années à venir
sera fortement dépendante des budgets alloués par les agences de financement de la recherche en
France et en Europe. C'est en particulier le cas pour une éventuelle troisième campagne de mesures
dans le cadre du programme HYMEX, qui pourrait concerner les régions de la rive sud de la
Méditerranée. L’établissement envisagera aussi une participation à la campagne internationale TNAWDEX (2016), qui vise à documenter les processus de formation des tempêtes sur l’Atlantique
Nord. Une campagne d’observation des pluies et des cyclones tropicaux de l’océan indien pourrait
être organisée en collaboration avec le LACy et le LA. Une campagne de mesures microphysiques au
sol et par drones ou ballons à La Réunion en association avec les moyens de l'OPAR pourrait aussi
être organisée en vue de valider des schémas microphysiques avancés. Le Chantier Arctique, qui sera
mis en œuvre par les organismes d’AllEnvi à la demande des pouvoirs publics, pourrait également
offrir des opportunités de mutualisation des besoins de connaissances, notamment avec l’année de
la prévision polaire proposée par l’OMM à l’horizon 2017-2018. Météo-France suivra attentivement
ces développements et y contribuera dans le cadre de ses missions.
Des campagnes plus restreintes en lien avec les thèmes du brouillard ou des climats urbains seront
organisées. D’autres études reposeront sur le recueil d’observations plus localisées mais sur de plus
longues périodes, et nécessiteront le maintien en conditions opérationnelles de sites instrumentés.
Pour l’exploitation de ces observations, la démarche scientifique qui a fait ses preuves repose en
général sur la confrontation des observations avec des modèles numériques de recherche de
complexité variée. Une approche classique est la simulation explicite des structures fines de
25
l’écoulement, permises notamment par le code communautaire de recherche MésoNH24, donnant
lieu à des analyses détaillées qui permettent ensuite de guider le développement de paramétrages
simplifiés pour les modèles de plus grande échelle. Une autre approche souvent fructueuse repose
sur la simplification progressive d’un cadre théorique jusqu’à l’extrême, qui permet d’isoler le noyau
des processus responsables d’un effet observé. La réalisation d’inter-comparaisons internationales
des codes sur des problèmes précis est aussi un puissant moyen de progrès. Utilisées en
complémentarité, ces diverses approches permettent de conclure si le défaut de restitution par les
systèmes de prévision d’un phénomène observé est lié à l’insuffisance des équations de base, à celle
de la résolution du calcul, ou encore à une prise en compte défectueuse des couplages multiphysiques.
Développement de l’instrumentation pour la recherche
Le développement de systèmes de mesures innovants est un puissant facteur de progrès pour la
compréhension des processus et leur représentation dans les modèles numériques. Il peut aussi
conduire à des actions de valorisation industrielle et à la mise en service de nouveaux systèmes
opérationnels d’observation.
Sans prétendre couvrir l’ensemble de ce domaine, Météo-France a développé dans ses différents
services des compétences pointues sur certains aspects des systèmes de mesures. C’est notamment
le cas pour les radars météorologiques, les lidars, la mesure in situ de la turbulence atmosphérique,
l’instrumentation à la mer (bouées dérivantes ou ancrées équipées de capteurs variés et de systèmes
de transmission performants), l’instrumentation pour la haute montagne et les capteurs aéroportés
pour les caractéristiques des nuages et des aérosols.
Le développement de systèmes intégrés pour la mesure de l’état de l’atmosphère et des flux radiatifs
et turbulents entre le sol et 3000m sera l’un des principaux objectifs de la période. L’accent sera mis
sur l’accès à une haute résolution temporelle et verticale des paramètres, en expérimentant avec des
technologies variées (radar UHF, lidar, radiomètre micro-onde, ballon captif, drone instrumenté). Des
techniques de filtrage non-linéaire seront développées pour accéder à une description quantitative
de la turbulence, notamment à partir des mesures par lidar et ballon captif. L’objectif est de mettre
au point des algorithmes automatisés donnant des profils verticaux de l’énergie et des flux turbulents
sur toute l’épaisseur de la couche explorée.
Un autre axe de développement est la miniaturisation et l’autonomisation des systèmes de mesures.
Les domaines d’application privilégiés sont les échanges de matière entre la surface terrestre et
l’atmosphère (flux d’espèces chimiques variées), ainsi que la mesure aéroportée des nuages et des
aérosols. Le développement de drones instrumentés fera l’objet de projets, portant sur des vecteurs
24
Le code de recherche MésoNH, développé et maintenu conjointement par le CNRM et le LA, est utilisé par un
grand nombre de laboratoires français et étrangers pour l’étude fondamentale des processus de la dynamique,
la physique et la chimie de l’atmosphère. C’est un « laboratoire numérique » qui permet de simuler
numériquement l’atmosphère avec des résolutions de quelques mètres (cent fois supérieures à celles du
modèle AROME, par exemple). Il a récemment été étendu pour l’étude de l’électricité atmosphérique et des
incendies de forêt. Il s’agit d’un outil de recherche de pointe qui a donné lieu à un très grand nombre de
publications scientifiques. Par ailleurs, ce code est également utilisé opérationnellement par Météo-France
dans ses modèles d’alerte environnementale pour la courte distance.
26
de taille, charge utile, et domaine de vol variés. Les domaines d’application privilégiés de ces
développements sont le brouillard et les cendres volcaniques.
Météo-France continuera d’investir dans l’amélioration des capteurs pour l’étude de la
microphysique des nuages et des aérosols, avec des applications à la prévision de la qualité de l’air,
du brouillard et des précipitations. L’accès à une meilleure connaissance des caractéristiques des
nuages et des aérosols est également un besoin important pour les modèles de climat, en raison de
leur impact sur le rayonnement. L’objectif sera de quantifier complètement le processus d’activation
des aérosols, c’est-à-dire leur capacité à jouer le rôle de noyau de condensation pour les gouttelettes
nuageuses. Pour atteindre cet objectif, il faut caractériser les propriétés microphysiques, optiques,
chimiques et hygroscopiques des aérosols.
La mesure des flux de quantité de mouvement et d’énergie entre l’océan et l’atmosphère, en liaison
avec l’état de la mer, sera un autre axe de développement, notamment en installant des systèmes de
mesures sur les nouveaux sites éoliens off-shore.
Enfin des capteurs innovants seront développés pour l’étude du manteau neigeux en collaboration
avec les laboratoires de l’OSUG. Les objectifs concernent la mesure de la surface spécifique de la
neige, la pénétration de l’énergie solaire dans le manteau neigeux, la mesure de la hauteur de neige
par laser, la mesure du flux de particules de neige transporté par le vent, ou l’identification des
aérosols déposés sur la neige et de leur impact sur l’albédo. Ces capteurs feront l’objet de tests
systématiques sur les sites de mesures du Col de Porte et du Col du Lac Blanc.
Amélioration des systèmes de prévision
Dans ce domaine, les choix stratégiques sont largement influencés par la puissance de calcul
disponible, qui va heureusement connaître une forte augmentation en 2013-2014, puis en 2016. Il
est prévu que la résolution horizontale des modèles atteigne, en 2014, 7.5km pour ARPEGE et 1.3km
pour AROME (valeurs actuelles 10km et 2.5km), la résolution verticale augmentant en proportion.
Des progrès réguliers sont également attendus sur les aspects physiques et algorithmiques de ces
modèles, visant notamment à améliorer la prévision du brouillard et des pluies intenses. De
nouvelles augmentations de résolution auront lieu pour AROME en 2016, puis vers 2020 en fonction
de la puissance de calcul qui sera disponible à cet horizon. Une résolution cible pour AROME pourrait
être 0.5km, résolution qui sera activement explorée au niveau de la recherche. L’intérêt d’une
poursuite de l’augmentation de la résolution d’ARPEGE sera également examiné.
Cette évolution vers des résolutions de plus en plus élevées nécessitera des travaux dans diverses
directions :
-
pour la dynamique, la recherche de schémas numériques plus faciles à paralléliser, afin de
minimiser les flux de données entre les nœuds de calcul ; l’examen des contraintes posées
par l’utilisation de grilles non structurées, pour mieux représenter le relief et les obstacles à
petite échelle ;
-
pour la physique, la mise en cohérence des physiques d’ARPEGE et d’AROME, la prise en
compte plus précise de la thermodynamique de l’air humide, la prise en compte des
échanges horizontaux dans la turbulence et le rayonnement, la prise en compte plus réaliste
27
des spectres de gouttes nuageuses. Des travaux sur un schéma microphysique « à deux
moments25 » ont d’ores et déjà débuté.
-
Pour la vérification, le développement de méthodes permettant d’apprécier à leur juste
valeur les prévisions donnant une information correcte légèrement décalée dans l’espace ou
dans le temps26
Pour ces travaux, l’établissement s’appuiera largement sur ses collaborations, principalement avec le
CEPMMT, le CERFACS, le LA, le LACy, et les consortia HIRLAM et ALADIN.
Les systèmes d’assimilation de données feront l’objet de recherches actives pour tirer parti au mieux
des nouvelles observations qui deviendront disponibles. L’augmentation de leur résolution spatiale
sera un objectif important. Le développement de nouvelles approches conceptuelles fondées sur des
ensembles de prévisions courtes sera également envisagé, notamment pour atteindre une utilisation
plus efficace des calculateurs massivement parallèles. L’approche « 4D-EN-VAR » nouvellement
proposée permet d’espérer atteindre cet objectif et fera l’objet d’un examen approfondi. Elle
pourrait s’appliquer à AROME aussi bien qu’à ARPEGE, tout en permettant de s’affranchir de la
maintenance des modèles linéaires tangents et adjoints. Les travaux en cours sur la représentation
des incertitudes des modèles et des observations seront poursuivis. Des méthodes innovantes seront
testées, notamment pour la prise en compte des hydrométéores et des structures complexes
observables via les radars ou les satellites.
Le modèle des surfaces terrestres SURFEX (incluant notamment les zones de végétation naturelle, les
cultures, les surfaces urbanisées, et les plans d’eaux) sera développé comme un modèle
indépendant, bénéficiera de nombreux travaux en amont, et sera couplé aux modèles de prévision
numérique du temps et aux modèles de climat. Il sera largement révisé sur le plan technique pour
améliorer sa robustesse opérationnelle, son efficacité et sa portabilité sur différents calculateurs. Il
sera en outre doté d’un système propre d’assimilation de données permettant d’utiliser notamment
les observations par satellite de l’humidité des sols, de l’état des plans d’eau, et de l’état de la
végétation27. Ces développements s’appuieront largement sur le réseau de collaborations nationales
et internationales qui s’est établi autour de ce code largement distribué. Les applications de SURFEX
seront étendues à la simulation des débits de cours d’eau à dynamique rapide et à l’amélioration des
prévisions du temps au sein des grandes villes.
Des systèmes dérivés d’AROME, permettant un rafraîchissement horaire des prévisions, seront
développés pour les besoins de la prévision immédiate et de la protection des grands aéroports.
Les systèmes de prévision pour les outre-mer profiteront de ces évolutions, avec notamment le
remplacement progressif d’ALADIN par AROME, et une meilleure assimilation des observations
locales. La compréhension des mécanismes et l’optimisation des systèmes de prévision pour les
pluies et cyclones tropicaux seront les principaux thèmes des chercheurs intégrés au LACy, visant
25
Un schéma à deux moments représente non seulement le contenu total d’eau des gouttelettes nuageuses,
mais leur concentration moyenne
26
Il est reconnu que l’augmentation de résolution amène les systèmes traditionnels de vérification à produire
des scores non pertinents en raison du poids excessif attribué à la localisation spatio-temporelle des
phénomènes prévus (syndrome dit de la « double pénalité »).
27
Les travaux porteront notamment sur l’utilisation des données des instruments spatiaux SMOS, SMAP,
ASCAT, SWOT.
28
notamment une amélioration de la modélisation des processus micro-physiques et de l’activité
électrique, et une meilleure prévision des impacts des précipitations intenses et des submersions. Les
observations du satellite franco-indien Mégha-Tropiques joueront probablement un rôle important
dans ces travaux.
A plus long terme, le modèle AROME sera progressivement couplé avec le modèle d’océan NEMO 28
pour mieux représenter les interactions avec l’océan dans les zones côtières et les cyclones
tropicaux. L’impact de ce développement sur la prévision pour la zone de l’Océan Indien sera étudié
en détail au LACy. L’impact d’un couplage éventuel avec une représentation explicite de l’état de la
mer issue d’un modèle de vague sera également exploré.
La prévision des surcotes, vagues et dérives en mer fera l’objet d’améliorations significatives. Une
nouvelle génération de modèles à des résolutions très fines, sur des zones côtières à enjeux, sera
développée permettant la prise en compte des interactions entre les états de mer, les niveaux d’eau,
les dérives et les courants. Un renforcement des systèmes d'assimilation de données est également
prévu.
Les modèles de prévision du risque d’avalanche seront améliorés par la prise en compte du transport
de neige par le vent. On visera à les mettre en œuvre non plus à l’échelle des massifs, mais sur une
grille spatiale comparable à celle d’AROME, pour bénéficier pleinement du forçage par les prévisions
de ce modèle. De plus, ils bénéficieront des progrès de l’observation et de la modélisation de la
microstructure du manteau neigeux. L’assimilation de données de satellites dans les modèles de
manteau neigeux sera entreprise.
Les modèles de prévision spécialisés pour l'état des chaussées et pistes d'aéroport, notamment en
conditions hivernales, seront améliorés pour prendre en compte pluie, neige, verglas, fondants et
trafic.
Développement de l’expertise sur les systèmes opérationnels d’observation
En ce qui concerne les observations par satellite, l’objectif principal sera d’extraire en temps réel
l’information la plus complète possible des observations réalisées par les satellites météorologiques
opérationnels européens et américains, puis en fonction des possibilités, des satellites des autres
pays du monde et des satellites de recherche.
Météo-France poursuivra sa participation aux SAF d’EUMETSAT, en préparant notamment la prise en
compte des observations des futurs satellites opérationnels Meteosat Third Generation (MTG)29 et
EPS-Second Generation (EPS-SG). Pour le SAF « Prévision Immédiate », l’objectif principal sera la
préparation des algorithmes et des logiciels de traitement pour accéder aux paramètres physiques et
microphysiques caractérisant les nuages, ainsi que de nouveaux produits d’alerte et de suivi
concernant les nuages convectifs. MTG offrira des capacités accrues en termes de résolution
horizontale, de fréquence temporelle et de bandes spectrales, ainsi qu’une détection des éclairs.
Pour le SAF « Océans et Glaces de Mer », il s’agira d’améliorer la précision de la température de
surface de la mer et des flux radiatifs grâce à la simulation explicite du transfert radiatif dans
l’atmosphère. Par ailleurs, un retraitement de l’ensemble des données disponibles depuis le début
28
Nucleus of European Models for Oceanography, modèle développé par le LOCEAN et utilisé par de nombreux
océanographes européens.
29
Le premier MTG devrait être lancé en 2020, le premier EPS-SG un peu plus tard.
29
du programme MSG (2004) sera effectué pour fournir une longue série homogène de produits de
température de surface de la mer, répondant aux besoins de la communauté climat. Enfin, pour le
SAF « Prévision Numérique du Temps », l’objectif majeur est l’amélioration permanente du modèle
communautaire de transfert radiatif RTTOV, nécessaire à l’assimilation des radiances satellites dans
les modèles de Prévision Numérique de Météo-France. Les développements scientifiques porteront
en particulier sur l’amélioration de la prise en compte de l’effet des nuages de glace dans la bande
infra-rouge, et sur l’extension du modèle au domaine visible. RTTOV devra par ailleurs simuler tous
les nouveaux instruments des nouveaux satellites d’EUMETSAT et des autres agences.
Pour l’assimilation des observations de satellite dans les modèles de prévision numérique du temps,
l’effort principal portera sur les instruments de METOP, MSG, NPP, le premier lidar-vent spatial ADMAEOLUS, et Mégha-Tropiques. Il s’agira non seulement d’utiliser les mesures des nouveaux
instruments, mais aussi de développer l’utilisation des instruments existants, par la prise en compte
de canaux de mesures plus nombreux, et de scènes de plus en plus variées (scènes partiellement
nuageuses, surfaces continentales désertiques ou enneigées). Au-delà, il s’agira de se préparer à
l’arrivée des observations des premiers sondeurs hyper-spectraux géostationnaires à l’horizon 2020
et des radars spatiaux de la constellation GPM. Cela constituera une révolution par le nombre et la
richesse spatiale des observations. Ces données devraient fortement influencer la qualité des
prévisions du modèle AROME. Des défis techniques et scientifiques devront être surmontés pour
arriver à ce résultat.
A court terme, un objectif de croissance d’un facteur 5 sur le nombre d’observations utilisées en
prévision numérique du temps est visé. Au-delà, il faudra poursuivre ces efforts mais le nombre
d’observations ne sera plus nécessairement la meilleure mesure de progrès, notamment dans la
période qui s’étendra entre 2016 et l’arrivée du premier MTG, où le nombre d’observations reçues
par les centres de prévision n’évoluera pas beaucoup et pourrait même diminuer. Il faudra alors
attacher plus d’importance aux critères qualitatifs mesurant la prise en compte des informations,
comme la réduction des erreurs d’analyse et de prévision. Certaines techniques envisagées comme
l’utilisation des composantes principales des spectres mesurés pourraient conduire à de meilleurs
résultats tout en diminuant le nombre d’observations brutes présentées aux systèmes d’assimilation.
L’expertise de Météo-France sur l’observation par satellite des surfaces terrestres et océaniques sera
activement développée. On cherchera notamment à accéder :
-
aux caractéristiques du manteau neigeux pour améliorer la prévision du risque d’avalanche,
celle des crues nivales et le suivi climatique ;
-
aux propriétés de la végétation et à l’humidité des sols, pour mieux suivre l’évolution des
échanges d’eau, de chaleur et de carbone entre les surfaces et l’atmosphère ;
-
à la température et à la salinité de surface de l’océan.
La participation de l’établissement au Pôle Thématique sur les Surfaces Continentales aidera à
renforcer les synergies nationales dans ce domaine. Au niveau européen, les travaux seront
30
coordonnés par EUMETSAT dans le cadre des SAF Océans et Glaces de Mer, Terres Emergées et
Hydrologie, et par le service Land de GMES/Copernicus30.
En ce qui concerne les observations par radar, les travaux de recherche sur le traitement du signal
viseront à exploiter la polarimétrie à toutes les longueurs d’onde pour détecter la catégorie des
hydrométéores (pluie, neige, grêle) et mieux estimer quantitativement les taux de précipitations et
les incertitudes associées. L’exploration volumique et l’effet Doppler seront utilisés pour mieux
caractériser la sévérité des systèmes convectifs (champs 3D, mosaïques de cisaillement, sommets
des cellules convectives). Les cartes de précipitation quantitatives (lames d’eau) seront améliorées
par une meilleure combinaison des différents radars, la prise en compte de radars étrangers plus
nombreux et un meilleur calibrage par les autres observations pluviométriques disponibles. Des
techniques innovantes de traitement du signal et de filtrage des échos fixes seront développées
pour permettre l’exploitation des mesures radar à des niveaux de précipitations et des altitudes plus
faibles.
Un effort important sera consacré à l’utilisation en prévision numérique de tous les radars
météorologiques européens, alors que seuls les radars français sont actuellement utilisés. La
réalisation de cet objectif sera en grande partie dépendante des efforts que les différents pays
consentiront pour échanger toutes les informations nécessaires. Pour faciliter ces évolutions, MétéoFrance continuera de prendre une part active dans le consortium OPERA d’échange des observations
de radars météorologiques. Les aspects méthodologiques progresseront aussi avec l’utilisation des
informations de polarimétrie et de réfractivité des radars les plus récents. En parallèle, Météo-France
poursuivra sa contribution au développement de méthodes de caractérisation, filtrage et élimination
des échos parasites créés par les éoliennes, en collaboration avec l’ONERA et avec la profession.
L’objectif sera de réduire le risque de données erronées dans les produits radars, tout en éliminant
aussi peu d’information utile que possible.
Météo-France poursuivra ses efforts pour valoriser les données issues des divers systèmes
d’observation et des modèles de prévision numériques pour répondre à des besoins d’information
spatialisée en matière de paramètres météorologiques observés. Les techniques associées (issues de
la fusion de données) s’appuient sur des méthodes de spatialisation et tentent de simuler les modes
de raisonnement des prévisionnistes par des algorithmes automatiques. On s’attachera notamment
à répondre au besoin d’une description spatialisée de l’ensemble des paramètres décrivant le temps
sensible à un pas de temps horaire.
L’offre de produits d’observation issus de la fusion de données, qui ne couvre aujourd’hui que la
métropole, sera complétée pour répondre aux besoins de l’outremer avec un enjeu scientifique lié à
l’exportabilité des techniques de spatialisation mises en œuvre sur le territoire métropolitain : la
spécificité géographique des sites outremer et des réseaux d’observation souvent moins développés
devraient rendre nécessaire une plus grande utilisation des données de satellite.
30
Le service Land est le premier service de GMES/Copernicus ayant acquis un statut opérationnel.
31
Généralisation et amélioration des prévisions d’ensemble
Le système d’ensemble fondé sur ARPEGE bénéficiera d’une augmentation de résolution en 2014 (de
15km à 10km), puis fera l’objet d’améliorations régulières. Par ailleurs, un nouveau système
d’ensemble fondé sur AROME sera préparé pour une mise en œuvre opérationnelle initiale en 2015,
et sera ensuite régulièrement amélioré, sous réserve que la puissance de calcul disponible continue à
augmenter. Pour ces deux systèmes on prendra en compte les incertitudes sur l’état de la surface
terrestre (humidité et température des sols, température de la surface de l’océan). La prise en
compte de l’incertitude propre au modèle sera également revisitée sur la base d’une comparaison
détaillée entre les méthodes multi-physiques et stochastiques.
La vérification des prévisions d’ensemble fera l’objet de développements sous l’égide du groupe de
travail de l’OMM, visant à établir des méthodes de comparaison de l’utilité des divers systèmes.
L’assimilation d’ensemble sera développée et couplée de plus en plus étroitement à la prévision
d’ensemble. Cette technique est également utile pour la prévision déterministe.
Un effort sera consenti pour favoriser une plus grande exploitation des ensembles dans différents
domaines : appui à la gestion des risques d’origine météorologique, optimisation du trafic
aéronautique, aide à l’optimisation des activités de divers usagers du service météorologique. Ceci
pourrait nécessiter la réalisation de prévisions rétrospectives pour la calibration des résultats en
temps réel. On recherchera aussi des collaborations avec des équipes étudiant la valeur économique
des prévisions d’ensemble de manière à promouvoir de nouvelles utilisations de ces techniques.
La prévision d’ensemble des débits de cours d’eau sera développée, en tirant parti du nouveau
modèle de surface SURFEX. Une chaine de prévision d’ensemble des débits des cours d’eau à
dynamique rapide de l’arc méditerranéen sera mise en place et proposée au SCHAPI comme un
nouvel outil d’alerte pour les crues rapides. Cette chaîne permettra de prendre en compte l’effet
cumulé des différentes incertitudes affectant la prévision des crues. Des versions ensemblistes des
modèles de dérives, de vagues et de surcotes, ainsi que divers modèles d’alerte, seront développées.
Des simulations d’ensemble seront aussi mises en œuvre aux échelles climatiques que ce soit dans le
domaine de la prévision saisonnière et décennale avec le développement des techniques
stochastique, ou celui de la simulation multi-modèle du climat passé et futur dans le cadre des
projets d’inter-comparaison internationaux.
Mise en synergie des travaux sur la qualité de l’air et l’interaction chimie-climat
Des raisons conjoncturelles ont temporairement amoindri le potentiel de recherche dans ce domaine
stratégique, et Météo-France consentira des efforts importants pour y restaurer une capacité
suffisante. L’établissement mettra en synergie ses différents objectifs opérationnels, notamment sa
contribution au portail de prévision de qualité de l’air PREV’AIR, sa contribution au Service
Atmosphère de GMES/Copernicus, et son rôle de Centre de Veille pour les Cendres Volcaniques.
Le système MOCAGE pour la qualité de l’air constitue la source principale de données pour les
prévisions à l’échelle de la métropole distribuées par Météo-France sur le portail PREV’AIR. Ce
modèle sera amélioré, notamment en rapprochant sa résolution de celle d’AROME, en améliorant la
32
représentation du mélange par turbulence, et celle des aérosols primaires et secondaires31. Les
aérosols représentent un domaine de recherche en plein développement, avec des applications
multiples : la plupart d’entre eux ont un impact sur la visibilité et les nuages, les cendres volcaniques
ont un impact sur la sécurité aéronautique, enfin les particules microniques ont un impact sur la
santé.
L’assimilation des données dans le modèle MOCAGE de qualité de l’air sera activement développée,
en collaboration avec le CERFACS, avec une priorité particulière pour les cendres volcaniques. Les
observations du nouveau réseau de lidars seront introduites dans MOCAGE, avec pour objectif d’en
faire bénéficier à terme sa version spécialisée pour le suivi des cendres volcaniques, afin de mieux
signaler les zones de risques aéronautiques potentiels. On s’attachera aussi à explorer les autres
bénéfices de cet ajout significatif aux systèmes d’observations opérationnels.
La prévision d’ensemble multi-modèles de la qualité de l’air à l’échelle européenne, développée dans
le cadre du Service Atmosphère de GMES/Copernicus32, sera transférée à l’opérationnel et améliorée
régulièrement durant la période, notamment en prenant en compte des catégories d’aérosols de
plus en plus pertinentes pour la santé.
Les modèles d’alerte utilisant MOCAGE et les modèles de prévision du temps feront l’objet
d’améliorations visant à les rendre plus flexibles et à permettre l’évaluation rapide de scénarios
multiples, notamment sur les émissions de substances dangereuses lors d’accidents ou d’éruptions
volcaniques.
Ces développements seront réalisés de manière croissante en synergie avec les outils du couplage
chimie-climat. Une nouvelle bibliothèque commune de codes de chimie atmosphérique SUGAR33 sera
développée. Elle regroupera progressivement les développements réalisés par les laboratoires de
Météo-France et de l’OMP, afin de faciliter la mutualisation des développements scientifiques et leur
exploitation dans les outils de recherche et de prévision.
Un couplage interactif de SUGAR et d’AROME sera aussi entrepris pendant la période dans le but de
mieux représenter l’interaction entre l’écoulement atmosphérique et la composition de
l’atmosphère aux échelles spatio-temporelles d’intérêt pour la prévision à courte échéance. Ce
développement permettra de bénéficier de la représentation plus avancée d’AROME pour les
processus physiques affectant le transport et la diffusion des espèces chimiques importantes pour la
santé. Il devrait aussi améliorer la prévision de la visibilité et du brouillard grâce à la prise en compte
plus précise des aérosols. A terme, ce nouveau système pourrait remplacer MOCAGE dans les
applications opérationnelles à courte échéance diffusées par le portail PREV’AIR.
Les recherches sur l’impact du changement climatique sur la qualité de l’air seront poursuivies dans
le cadre des projets internationaux d’inter-comparaison de modèles, en lien avec la préparation des
31
On distingue les aérosols primaires directement émis au niveau du sol, des aérosols secondaires qui résultent
de la transformation de substances gazeuses émises au sol.
32
Ce service regroupe les modèles de prévision de la qualité de l’air de sept services européens, qui sont
utilisés pour définir des produits probabilistes, notamment pour le dépassement des seuils réglementaires de
pollution
33
Système Unifié de Gestion des Aérosols et Gaz Réactifs
33
rapports du GIEC. Les travaux concernant l’impact du trafic aérien sur la composition de
l’atmosphère le climat seront également poursuivis en fonction des opportunités de financement.
Le couplage du modèle de climat avec les grands cycles chimiques de l’atmosphère sera développé,
en synergie avec les travaux sur la qualité de l’air et les interactions chimie-climat. Avec ces outils de
modélisation, les recherches se poursuivront pour apporter des éléments de réponse à de
nombreuses questions qui restent en suspens : quand la couche d'ozone retrouvera-t-elle des valeurs
pré-industrielles? Quelle est l’influence de l'augmentation des gaz à effet de serre sur cette
résorption? Enfin, quels sont les effets exacts de l'ozone stratosphérique sur le système climatique
global?
La collaboration avec les agences spatiales et les industriels sera développée en vue de mieux utiliser
les observations de satellite existantes sur la composition de l’atmosphère, et de contribuer à la
définition des futures missions spatiales.
Les observations de la campagne CHARMEX (2013) offriront des opportunités intéressantes de
validation des différents systèmes de prévision de la qualité de l’air et du modèle couplé chimieclimat.
Météo-France poursuivra sa contribution au développement du projet IAGOS d’observation de la
composition de l’atmosphère par les avions de ligne, en assurant la mise à disposition en temps réel
des observations pour les services de prévision, en synergie avec le système de transmission AMDAR
d’Eumetnet34.
Développement des modèles de climat
Le développement du modèle global du système Terre, principal outil de l’établissement pour l’étude
du changement climatique, sera poursuivi en gardant sa partie atmosphère aussi proche que possible
de la version « prévision du temps » d’ARPEGE. Sa résolution augmentera en fonction de la puissance
de calcul disponible. La résolution de 50km, autrefois considérée comme frontière, deviendra
relativement courante. Des résolutions plus élevées seront testées au cours de la période.
L’évaluation du modèle sur les climats présents et passés et la réduction des biais résiduels
continueront de faire l’objet d’importants efforts, notamment dans le cadre de projets
internationaux d’inter-comparaison des modèles de climat.
Les modèles régionaux seront également développés. La maille de 10km deviendra courante. Des
simulations climatiques régionales de classe AROME (maille 2.5km) seront initiées pendant la
période, notamment pour accéder à une meilleure connaissance des impacts du changement
climatique sur les phénomènes météorologiques extrêmes et sur la qualité de l’air.
Un effort particulier sera dédié au développement et à l’évaluation d’un modèle de climat régional
de la région méditerranéenne, prenant en compte l’ensemble des rétroactions, comme l’évolution
des débits des rivières, la modification des circulations marines, l’évolution de l’occupation des sols,
et ses conséquences sur les divers flux d’aérosols qui affectent cette région (aérosols désertiques,
feux de forêt, pollution urbaine et aérosols marins). Dans le cadre du Chantier MISTRALS, Météo34
Projet Européen IGAS
34
France visera à livrer une forte contribution concernant le changement climatique en Méditerranée,
zone identifiée comme particulièrement sensible.
Le développement des modèles de climat s’appuiera sur l’importation de nombreux modules sur
lesquels Météo-France ne souhaite pas dupliquer les efforts des autres acteurs, pour représenter par
exemple l’océan, les grands fleuves, les calottes glaciaires du Groënland et de l’Antarctique, le bilan
du carbone et certains aspects de la chimie de l’atmosphère. Ces aspects justifient le développement
de collaborations étroites et des échanges de codes avec le CERFACS, l’IPSL, le LGGE, le LTHE et
d’autres laboratoires de réputation internationale en matière de climat. La mutualisation de certains
aspects de l’environnement du modèle et des simulations à l’échelle européenne fait aussi l’objet de
la participation de Météo-France au réseau européen ENES et aux projets qui en découlent, comme
l’ANR Convergence.
La prise en compte du cycle du carbone se poursuivra ainsi sur la base des modèles ISBA-CC
(développé principalement en interne) et PISCES (développé à l’IPSL). Ce développement est
indispensable pour capturer l’ensemble des rétroactions qui peuvent résulter de l’acidification de
l’océan ou de la fragilisation des grands écosystèmes de la planète.
La cryosphère fera l’objet de nombreux développements et restera un domaine d’excellence de
l’établissement, grâce aux synergies développées avec le domaine de la prévision du risque
d’avalanche. Le modèle de manteau neigeux multicouche ISBA-ES servira de point de départ pour
améliorer le modèle climatique, avec la possibilité d’activer également CROCUS, validé par des
décennies de prévisions du risque d’avalanche. Le modèle de banquise GELATO fera l’objet de
nombreuses améliorations. Les calottes glaciaires du Groënland et de l’Antarctique seront
introduites dans le modèle de système Terre sur la base des modèles GRISLI et GREMLINS du LGGE.
De manière commune aux diverses thématiques, l’adaptation du modèle de système Terre aux
nouveaux calculateurs fera l’objet d’efforts importants tout au long de la période, en coopération
avec le CERFACS.
Contribution aux réanalyses
Dans ce domaine, l’effort principal de l’établissement portera sur la réalisation de réanalyses de
l’état des surfaces terrestres (occupation du sol, humidité du sol, état de la végétation, manteau
neigeux, température de l’océan et glaces de mer, précipitations, etc…), principalement à l’échelle du
continent européen, mais également à l’échelle globale, et sur la période couverte par des
observations de satellites, sans dupliquer l’effort des quelques centres étrangers réalisant des
réanalyses de l’atmosphère ou de l’océan35. Météo-France apportera ainsi à l’effort international de
réanalyse une contribution originale, dans ses domaines d’expertise reconnus. Ces travaux
s’appuieront sur les collaborations déjà en cours avec les agences spatiales et GMES/Copernicus,
notamment dans le cadre des SAF « Océan et glaces de mer » et « Terres émergées » d’Eumetsat,
des services « Global-Land » et « Climat » de GMES/Copernicus, et de l’Initiative sur le Changement
Climatique de l’ESA. Ces travaux permettront de valoriser plusieurs missions spatiales passées ou
actuelles pour l’observation des surfaces terrestres, ainsi que la future mission SWOT sur
l’hydrologie.
35
Essentiellement le CEPMMT, la NOAA, la NASA, et le service météorologique japonais.
35
L’effort de sauvetage et d’homogénéisation des observations atmosphériques anciennes sera
poursuivi et ces observations constitueront une autre contribution aux efforts internationaux de
réanalyse.
Par ailleurs, Météo-France valorisera l’ensemble des réanalyses et données homogénéisées
existantes dans divers projets inter-disciplinaires, notamment pour soutenir le développement des
Services Climatiques. Les réanalyses permettent en effet d’apprécier les caractéristiques du climat
futur par comparaison aux grands événements de référence du passé (canicules, sécheresses, et
autres anomalies mémorables) en surmontant la difficulté liée à la représentativité spatiale
différente des observations et des modèles.
Recherches sur la variabilité et la prévisibilité climatique
Tous les deux à trois ans, une nouvelle version du modèle opérationnel de prévision saisonnière de
l’établissement sera mise au point, restant aussi proche que possible de la version la plus récente du
modèle de système Terre utilisée pour les scénarios climatiques, et tirant ainsi parti de tous les
progrès de ce modèle.
Le principal objectif sera de réduire les biais du modèle couplé, qui rendent difficile l’exploitation en
prévision saisonnière. On s’attaquera notamment au biais chaud présent actuellement sur le Golfe
de Guinée et au large du Pérou, en tirant parti des observations et avancées conceptuelles réalisées à
l’occasion du programme AMMA. Un autre effort important portera sur l’optimisation de l’utilisation
de SURFEX et de l’initialisation de l’état des surfaces continentales pour mieux capturer l’impact des
anomalies d’humidité du sol ou de stock de neige sur l’évolution de l’atmosphère à l’échéance de
quelques mois. Cet axe d’étude bénéficiera de la priorité placée sur la réanalyse des surfaces
continentales. L’impact de l’augmentation de la résolution stratosphérique sera à nouveau testé,
avec une meilleure représentation des processus physiques à l’œuvre à ces altitudes, comme les
échanges verticaux de quantité de mouvement par les ondes de gravité. Le couplage avec la
variabilité de la banquise sera mis en œuvre. Les travaux en cours sur l’utilisation de techniques
stochastiques pour perturber les prévisions seront poursuivis.
L’impact de l’augmentation de résolution horizontale des modèles atmosphériques et océaniques sur
la qualité des prévisions saisonnières sera également testé, notamment en tirant parti des accès
récemment obtenu sur les calculateurs PRACE.
Météo-France poursuivra sa participation au projet EUROSIP, qui émet chaque mois une prévision
probabiliste à 7 mois, basée sur un ensemble de prévisions réalisées par les meilleurs modèles
mondiaux.
L’expertise de Météo-France sur diverses manifestations de la variabilité climatique sera développée,
notamment le mode annulaire boréal et l’Oscillation Nord Atlantique, la propagation des ondes
tropicales les plus lentes (Oscillation de Madden et Julian), la variabilité interannuelle de la Mousson
Africaine et de la langue d’eau froide équatoriale dans le Golfe de Guinée, celle des cyclones
tropicaux des océans Atlantique et Indien, ou le déclenchement des événements extrêmes (vagues
de froid, canicules, etc…). Les interactions entre la stratosphère et la troposphère, ou entre les
tropiques et les moyennes latitudes, seront également étudiées.
36
On s’intéressera aussi à la qualité de la représentation des différents couplages physiques dans le
modèle de système Terre, par exemple le couplage entre les surfaces continentales ou océaniques et
l’atmosphère et la représentation du bilan d’énergie à la surface de la planète. Les mesures acquises
lors des campagnes de terrain seront exploitées au maximum pour mettre en évidence et corriger de
possibles défauts de cette représentation, pouvant avoir un impact sur la variabilité simulée.
En prévision saisonnière et décennale des voies intéressantes de progrès semblent être liées à la
transmission des anomalies par la stratosphère, par l’humidité des sols ou le manteau neigeux, et par
la banquise. Toutes ces pistes seront explorées en détail. On expérimentera aussi l’impact de la
résolution horizontale, de la dynamique stochastique et des améliorations successives de la
physique. Des applications seront développées dans le domaine de l’hydrologie, de la production
annuelle de biomasse, et de la prévision de l’extension de la banquise.
Contribution au GIEC et aux services climatiques
Assurer une contribution visible aux travaux du GIEC restera un objectif prioritaire de Météo-France.
A cette fin, l’établissement participera aux exercices de simulations numériques coordonnées au
niveau international comme CMIP (Coupled Model Intercomparison Project), CCM-I (ChemistryClimate Model Initiative, et CORDEX (Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment). Des
ressources humaines et informatiques importantes seront consacrées à la réalisation et à la mise à
disposition des résultats de ces exercices, dont le calendrier et le programme technique précis ne
sont pas encore décidés pour la période visée. Météo-France encouragera par ailleurs ses chercheurs
à proposer leur candidature comme auteurs/réviseurs des prochains rapports du GIEC. La
contribution française au GIEC fera l’objet d’une concertation étroite avec l’IPSL.
Les services climatiques se développeront largement à Météo-France dans leurs trois dimensions
reconnues par le CMSC (diffusion des données sur le climat futur, notamment grâce au portail DRIAS,
études sectorielles et formation). Cela génèrera des besoins de recherche dans plusieurs directions :
-
produire les informations sur les anomalies de température et autres paramètres du climat,
pour divers scénarios d’émission de gaz à effet de serre, en visant l’échelle des territoires ;
expliquer la nature et l’amplitude des incertitudes associées, les risques d’épisodes
extrêmes, et les impacts pour les divers secteurs d’activité ;
quantifier le bilan hydrique et l’augmentation du risque de sécheresse à divers horizons
temporels et sous divers scénarios d’émissions de gaz à effet de serre ;
développer la climatologie urbaine, avec la participation à des projets interdisciplinaires
visant à décrire les climats urbains futurs sous divers styles d’urbanisme et scénarios
d’aménagement, notamment en promouvant le développement de la végétation urbaine,
dans la limite des ressources en eau disponibles.
Sur ces différents domaines, Météo-France dispose d’outils de pointe36 et prendra soin de conserver
un potentiel de recherche suffisant pour maintenir son avance. La contribution des chercheurs aux
services climatiques s’appuiera sur les simulations réalisées dans le cadre de leur contribution au
GIEC, complétées par des simulations focalisées sur des zones variées (essentiellement France
36
Par exemple le modèle TEB (Town Energy Budget) qui a acquis une excellente notoriété internationale.
37
métropolitaine, les outre-mer, la Méditerranée, l’Afrique), réalisées dans le cadre de projets plus
ciblés. Les réanalyses des paramètres de la surface terrestre évoquées plus haut constitueront une
autre contribution importante aux services climatiques.
Les recherches sur la détection et l’attribution du changement climatique observé seront
développées, dans le but d’affiner les diagnostics concernant les impacts du changement climatique
et de mettre au point des méthodes utilisables dans le cadre des services climatiques.
Concernant la géo-ingénierie, l’Atelier de Réflexion Prospective REAGIR de l’ANR devrait permettre
de dégager une stratégie nationale à l’horizon 2014. Météo-France participera à ces réflexions et y
inscrira son programme de travail, en synergie avec ses objectifs sur la prise en compte des aérosols
et du cycle du carbone dans le modèle de système Terre. Il s’agira de réaliser des simulations avec le
modèle de système Terre pour évaluer les impacts et les dangers des principales approches
proposées, telles que l’émission massive d’aérosols ou l’activation de la photosynthèse par
ensemencement de l’océan.
Il est enfin nécessaire que l’établissement approfondisse encore sa compréhension des impacts
économiques et sociétaux du changement climatique, pour savoir proposer des services
correspondant aux besoins réels. De nombreuses interactions avec des acteurs industriels ou
institutionnels de l’adaptation ont déjà lieu dans le cadre de projets de recherche ou d’activités de
service. De nouvelles collaborations seront recherchées, notamment avec le CIRED. Les interactions
avec la communauté des usagers seront renforcées dans le cadre de la démarche de construction des
services climatiques français initiée avec les organismes partenaires d’AllEnvi.
38
Liste des sigles et abréviations
ADM-Aeolus
AERES
ANR
ALADIN
AMMA
AROME
ARPEGE
ASCAT
BLLAST
BRGM
CCM-I
CEPMMT
CERFACS
CESBIO
CHARMEX
CIRED
CMIP
CMS
CMSC
CNES
CNRM
CNRS
CONCORDIASI
EarthCARE
EUMETNET
EUMETSAT
ENES
ESA
E-SURFMAR
FENNEC
GAME
GMES
GIEC
HIRLAM
HYMEX
IFS
IFREMER
INERIS
INRA
IPGP
IPSL
IRSTEA
JPI
LA
LACy
Atmospheric Dynamic Mission, premier lidar vent spatial (ESA)
Agence d’Evaluation de la Recherche et de l’Enseignement Supérieur
Agence Nationale pour la Recherche
Consortium de Prévision Numérique regroupant des pays de l’est et du sud de
l’Europe et Météo-France
Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine
Application de la Recherche Opérationnelle à la Méso-Echelle, système de prévision
numérique à échelle fine de Météo-France
Action de Recherche Petite Echelle Grande Echelle, système de prévision numérque
global de Météo-France
Advanced Scatterometer, instrument des missions METOP
Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence
Bureau des Recherches Géologiques et Minières
Chemistry-Climate Model Initiative
Centre Européen de Prévisions Météorologiques à Moyen Terme
Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée au Calcul Scientifique
Centre d’Etudes Spatiales de la Biosphère
Chemistry Aerosols Mediterranean Experiment
Centre Interdisciplinaire de Recherche sur l’Economie du Développement
Climate Model Intercomparison Project
Centre de Météorologie Spatiale, Lannion
Cadre Mondial des Services Climatiques
Centre National d’Etudes Spatiales
Centre National de Recherches Météorologiques
Centre National de la Recherche Scientifique
Projet Scientifique CONCORDIA-IASI
The Earth Cloud, Aerosols, Radiation and Environment, mission spatiale ESA
Le réseau des services météorologiques européens
Organisation européenne des satellites météorologiques
European Network for Earth-System Modeling
Agence Spatiale Européenne
Eumetnet Projet d’observation des surfaces marines
Campagne de mesures sur les aerosols sahariens
Groupe d’Etude de l’Atmosphère Météorologique
Global Monitoring for Environment and Security
Groupe International d’Experts sur le Climat
Consortium de Prévision Numérique regroupant des pays du nord de l’Europe et
Météo-France
Hydrological Mediterranean Experiment
Integrated Forecast System, système de prévision numérique du CEPMMT
Institut Français pour l’Exploitation de la Mer
Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques
Institut National de la Recherche Agronomique
Institut de Physique du Globe de Paris
Institut Pierre Simon Laplace
Institut de Recherche Scientifique et Technique sur l’Environnement et l’Agriculture
Joint Programming Initiative
Laboratoire d’Aérologie
Laboratoire de l’Atmosphère et des Cyclones
39
LATMOS
LEGOS
LGGE
LMD
LOCEAN
LOP
LOS
LSCE
LTHE
MésoNH
MISTRALS
MOCAGE
MSG
MTG
NEMO
METOP
NCEP
NPP
OMM
OMP
ONERA
OPAR
OPERA
OSU
OSUG
SAF
SAFIRE
SHOM
SIRTA
SMOS
SOERE
SUGAR
SURFEX
TEB
UHF
UMR
Laboratoire Atmosphère, Milieux, Observations Spatiales
Laboratoire d’Etudes Géophysiques et d’Océanographie Spatiale
Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement
Laboratoire de Météorologie Dynamique
Laboratoire d’Océanographie
Laboratoire d’Océanographie Physique
Laboratoire d’Océanographie Spatiale
Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement
Laboratoire des Transferts en Hydrologie et Environnement
Modèle numérique de recherche méso-échelle non-hydrostatique
Mediterranean Integrated Studies at Regional and Local Scales
Modèle de Chimie Atmosphérique à Grande Echelle
Meteosat Second Generation (Eumetsat)
Meteosat Third Generation (Eumetsat)
Nucleus for an European Model of Ocean
METeorological OPerational Satellite (Eumetsat)
National Centres for Environmental Prediction
National Polar Orbiting Environmental Satellite Preparatory Project (USA)
Organisation Météorologique Mondiale
Observatoire Midi-Pyrénées
Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales
Observatoire de Physique de l’Atmosphère de La Réunion
Operational Programme for Exchange of Weather Radar information
Observatoire des Sciences de l’Univers
Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble
Satellite Application Facility (Eumetsat)
Service des Avions Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement
Service Hydrographique et Océanographique de la Marine
Site Instrumenté pour la Recherche en Télédétection Atmosphérique
Soil Moisture and Ocean Salinity, mission ESA
Service d’Observation et d’Expérimentation pour la Recherche en Environnement
Système Unifié de Gestion des Aérosols et Gaz Réactifs
Modèle de Surface Externalisé, système de prévision des surfaces continentales
Town Energy Budget, modèle calculant les températures dans les rues des grandes
villes
Ultra-high-frequency, gamme de longueurs d’ondes électromagnétiques utilisées pour
la mesure du vent par effet Doppler
Unité Mixte de Recherches
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